JP2005283040A - 多管式熱交換器及びこれを用いた給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウォーターハンマー現象等の影響を受けても十分な構造強度を有しかつ全体サイズをコンパクト化し得る多管式熱交換器を提供する。
【解決手段】 多数の細管４３，４３，…の一端側に板状部材４４をロウ付けし、凹部４４１内と連通させる。他端側に同様に板状部材４５，４６をロウ付けし、半数の細管を凹部４５１と連通させ、他の半数の細管を凹部４６１と連通させる。これを本体ケース４１の左右両側壁４１２，４１３間に装入し、各板状部材の周縁フランジ４４２，４５２，４６２を各側壁にロウ付けし、両側壁間に拘束された状態にする。接続口４８ｂからの入水が入水用ヘッダ４８から細管を通過して折返し用ヘッダ４７に至り、再度、細管を通過して出水用ヘッダ４９に至って接続口４９ｂから出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば潜熱回収式給湯器に設けられる潜熱回収用の熱交換器等として適用される多管式熱交換器及びこれを用いた給湯器に関し、特に構造強度的に優れる上にコンパクト化等をも図り得る技術に係る。

従来、多管式熱交換器として、例えば特許文献１により提案されたものが知られている。すなわち、多数の直管の各一端側を第１のヘッダにより連通させ、各他端側を第２のヘッダにより連通させ、第１及び第２の各ヘッダの外端面略中央位置に接続口を設けた構造が提案されている。つまり、多数の直管を平行に配置しこれら多数の直管の両端側をそれぞれ共通のヘッダに連通させ、一方の接続口から一方のヘッダに流入させた媒体をそれぞれ直管に分散通過させた後、他方のヘッダに集合させて他方の接続口から流出させるようにしている。

実開平６−６５７８４号公報

ところで、潜熱回収式給湯器の潜熱回収用熱交換器として、顕熱回収用熱交換器と同様のフィンアンドチューブ式熱交換器ではなくて多管式熱交換器を適用することが発明者らによって考えられている。上記の潜熱回収式給湯器は、図３にその原理を例示するように、燃焼バーナ２の燃焼熱により熱交換加熱される顕熱回収用の一次熱交換器３と、潜熱回収用の二次熱交換器４ａとを缶体５内に備え、給水管６からの入水をまず上記二次熱交換器４ａに通過させて燃焼排ガスの潜熱により予熱し、次いで予熱した入水を接続管６ａにより上記一次熱交換器３に送りこの一次熱交換器３に通過させて燃焼バーナ２からの燃焼熱により加熱した上で、出湯管７に出湯させて給湯の用に供するようにしている。つまり、燃焼排ガスの潜熱をも回収して熱交換の高効率化を図るようにしている。なお、缶体５内の排気通路に沿って排気筒９に導かれた燃焼排ガスが、排気筒９内に設置された二次熱交換器４ａを通過する際に燃焼排ガスの潜熱と二次熱交換器４ａ内の水との熱交換により二次熱交換器４ａの表面等に結露が生じ、強酸性の排ガスドレンが発生することになる。そして、この排ガスドレンは排気筒９の底壁に沿ってドレン集水管８１の入口に流入し中和槽８に流れ落とされ、中和槽８内の中和剤により中和処理された後に機外に排水されるようになっている。

上記の如き二次熱交換器４ａを多管式熱交換器により構成する場合の具体的構造として、図５に例示するものが考えられている。すなわち、熱交換器４ａの本体ケース１０１の両側壁１０２，１０３の相対向面間に多数の細管１０４，１０４，…を互いに平行に掛け渡し、両側壁１０２，１０３間に挟み込んだ状態にして各細管１０４の開口端と各側壁１０２，１０３とをロウ付けする。その状態では、各細管１０４内と、両側壁１０２，１０３にそれぞれ開けた貫通孔１０５とが連通し、一方の側壁１０２の外面から他方の側壁１０３の外面まで各細管１０４内を通して一直線状に連通することになる。そして、薄板素材のプレス成形により凹部１０６，１０７，１０８を形成した所定の板状部材１０９，１１０，１１１を上記各側壁１０２，１０３の外面側に被せ、その周縁フランジ１０９ａ，１１０ａ，１１１ａを各側壁１０２，１０３にロウ付けする。図６に一端側の側壁１０２に対する板状部材１０９の取り付け状況を示している。

以上により、板状部材１０９，１１０，１１１と側壁１０２，１０３との間に上記各貫通孔及び各細管１０４内と連通する内部空間１１２ａ，１１３ａ，１１４ａをそれぞれ密閉形成し、本体ケース１０１の両端にそれぞれヘッダ１１２，１１３，１１４を形成する。つまり、一端側（図５の左端）にはその内部空間１１２ａにより全ての貫通孔及び全ての細管１０４，１０４，…を連通させる折返し用ヘッダ１１２が形成され、他端側（図５の右端）には半数の貫通孔及びこれに連続する半数の細管１０４，１０４，…と内部空間１１３ａが連通する入水用ヘッダ１１３と、他の半数の貫通孔及びこれに連続する半数の細管１０４，１０４，…と内部空間１１４ａが連通する出水用ヘッダ１１４とが形成されることになる。そして、この多管式熱交換器を各細管１０４，１０４同士の隙間に対し例えば図５では紙面に直交する方向に、図６では左斜め後ろから右斜め前に向けて燃焼排ガスが通過するように缶体５に配設する。加えて、入水用ヘッダ１１３を構成する板状部材１１０に固定された入水用接続口１１５に対し上記の給水管６（図３参照）の下流端を接続し、出水用ヘッダ１１４を構成する板状部材１１１に固定された出水用接続口１１６に対し上記の接続管６ａ（図３参照）の上流端を接続し、これにより、二次熱交換器４ａが構成される。なお、図５及び図６の例示では、基本構造を分かり易く示すために、各細管を実際よりも太く図示し、本数も実際よりもかなり少なくして図示している。

この二次熱交換器４ａの場合には、給水管６からの入水が入水用接続口１１５及び入水用ヘッダ１１３の内部空間からこれに連通する半数の各細管１０４に流入し（図５の実線の矢印参照）、各細管１０４を通して折返し用ヘッダ１１２の内部空間１１２ａに至ることになる。そして、この内部空間１１２ａで折り返して残りの半数の各細管１０４，１０４，…に流入し、この各細管１０４を通して出水用ヘッダ１１４の内部空間１１４ａに至り、出水用接続口１１６から接続管６ａに出水されて一次熱交換器３に送られることになる。上記の各細管１０４内を通過する間に外側を通過する燃焼排ガスの潜熱と熱交換されて入水が予熱されることになる。

しかしながら、上記の図５及び図６に示す構造のものでは、例えば給水管６や出湯管７にウォーターハンマー現象が生じると、その圧力波がヘッダ１１２，１１３，１１４に対しそのヘッダを構成する板状部材１０９，１１０，１１１を本体ケース１０１の各側壁１０２，１０３から引き剥がす方向に作用することになる。このため、このような圧力波の作用に起因してロウ付け部分が破断してヘッダ破損を生じさせるおそれが考えられる。この対策として、例えば各板状部材１０９，１１０，１１１の周縁フランジ１０９ａ，１１０ａ，１１１ａの幅を大きくしてロウ付け面積をより大きくすることにより各板状部材１０９，１１０，１１１と側壁１０２，１０３とのロウ付けによる取り付け強度を高め、上記の圧力波に耐え得るようにすることも考えられる。ところが、このような対策を採ってロウ付け面積を増やすと、多管式熱交換器の全体サイズの大型化を招く上に、上記の二次熱交換器は強酸性の排ガスドレンに対抗するために耐腐食素材により形成する必要があることからロウ付けのためのコストの高騰をも招くことになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内部に通される媒体にたとえウォーターハンマー現象等が発生したとしても十分な構造強度を有しかつ全体サイズをコンパクト化し得る多管式熱交換器及びこれを用いた給湯器を提供することにある。

上記目的を達成するために、多管式熱交換器に係る発明では、並列配置にされた一群の管部材を間に挟んで一対のヘッダが互いに連結され、一方のヘッダ内から各管部材内を通して他方のヘッダ内までが連通されてなる多管式熱交換器を対象にして次の特定事項を備えることとした。すなわち、上記一対のヘッダを、上記一群の管部材の両端よりも外側位置で相対向しその相対向面間隔を一定に保持するように互いに拘束された一対の壁部材と、上記一群の管部材の両端にそれぞれ接合固定された一対の板状部材と、この各板状部材がその全周に亘り上記壁部材の相対向面に対し接合固定されることにより上記板状部材及び相対向面の両者間に区画形成された内部空間とにより形成することとする。そして、上記一群の管部材の両端を、それぞれ、上記各ヘッダを構成する内部空間と連通させるようにする（請求項１）。

この請求項１に係る発明の場合、一群の管部材と、この両端に接合固定された板状部材とが、相対向面間隔を一定に保持するように互いに拘束された一対の壁部材の相対向面間に挟み込まれた状態になる。そして、上記一群の管部材の両端側の各ヘッダを構成する内部空間がその壁部材の内側位置に板状部材との間に形成されることになる。つまり、一群の管部材と、その両端に接合固定された一対の板状部材とは、一対の壁部材によって両側から挟み込まれて外方への変位が不能な状態に拘束された状態になる。このため、管部材内に流される熱交換用の媒体に対しウォーターハンマー現象等に起因して圧力波が伝播し内部空間に内圧変動として作用したとしても、その内圧変動は上記の一対の壁部材と一群の管部材とにより支持され、板状部材と壁部材との間の接合固定部分に対し引き剥がし力として作用することはなくなる。これにより、板状部材と壁部材との接合固定（例えばロウ付け）によりヘッダを構成したとしても、そのヘッダの構造強度を十分に高めて破損等のおそれを解消し得るし、接合固定部分としてのロウ付け部分の面積を狭くし得ることにより全体サイズのコンパクト化にも寄与させ得ることになる。なお、上記の「一群の管部材」とは少なくとも２本以上の管部材を意味し、「並列配置」とは平行である必要はなく間に熱媒体の流れる隙間が存在すれば十分である趣旨である。

本発明の壁部材としては、上記板状部材に比して剛性がより高くなるように設定することができる（請求項２）。つまり、壁部材を板状部材よりも高強度の材質にしたり、同じ材質にする場合には壁部材の板厚を板状部材のそれよりも分厚くするようにする。このようにすることにより、一対の壁部材間に挟み込んで拘束することによる上記ヘッダの構造強度の増強効果をより一層高めかつ確実なものにすることが可能になる。

また、本発明の構成をより具体化させるには、例えば、上記一対の壁部材として、矩形箱状の本体ケースにおいて相対向する一対の側壁により構成するようにすればよい（請求項３）。すなわち、一対の壁部材をその相対向面間隔を保持するように拘束するには、例えば一対の壁部材を複数の杆状部材により互いに連結して一体化するようにしてもよいが、上記の如く矩形箱状の本体ケースの一対の側壁を上記の一対の壁部材として用いれば、上記の相対向面間隔の保持及び拘束を容易に実現させ得ることになる。

さらに、上記各板状部材として、対応する壁部材に対し凹になるように屈曲させて上記内部空間を構成することになる凹部が形成されたものとするようにしてもよい（請求項４）。すなわち、内部空間を形成するには、板状部材及び壁部材のいずれか一方又は双方に凹部を形成しておけばよいが、板状部材に凹部を形成し壁部材を平面状態に形成することにより多管式熱交換器の外観をよりすっきりとしたものとさせ得ることになる。

一方、多管式熱交換器を用いた給湯器に係る発明では、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の多管式熱交換器を用いた給湯器を対象とし、上記多管式熱交換器を、いずれか一方のヘッダに対し被圧下の給水が導入され、この給水が各管部材内を通過する間に各管部材の外部からの受熱により熱交換加熱され、熱交換加熱された後の湯水が他方のヘッダから給湯先に向けて導出されるように配設した（請求項５）。

この請求項５に係る発明の場合、給水の導入までや、湯水の導出の給湯先までの供給のための通路又は管路での弁の開閉動作等に起因してウォーターハンマー現象が発生し、圧力波が上記多管式熱交換器まで伝播したとしても、上述の如く圧力波伝播に基づく内圧変動が多管式熱交換器を構成する板状部材と壁部材との間の接合固定部分に対し引き剥がし力として作用することはなくなる。これにより、万一のウォーターハンマー現象等の発生に対しても破損等のおそれを解消し、又構造強度の強化に伴う多管式熱交換器のコンパクト化により給湯器自体の全体サイズのコンパクト化も図られる。さらに、一対の壁部材間に対し熱交換加熱の熱媒体となる燃焼ガス等を流すことにより、その熱媒体である燃焼ガス等が板状部材にも接触するため、上記燃焼ガス等による給水の熱交換加熱が管部材内を通過するときのみならず、各ヘッダの内部空間を通過する間にも行われ、これによる熱交換効率の向上をも図り得ることになる。特に板状部材を壁部材よりも薄肉にすることにより、板状部材を介して受熱し易くなるため、上記の熱交換効率の向上に寄与し得る。

なお、上記の多管式熱交換器が用いられる給湯器としては、給湯栓等に給湯する給湯器の他に、浴槽に給湯する給湯器、温水暖房端末に温水を給湯する給湯器等の種々の給湯器を対象とすることができ、又、上記多管式給湯器の給湯器における用途は、燃焼バーナからの燃焼ガスを各管部材の外面側に接触させて内部を通過する給水を熱交換加熱させるという一次熱交換器に用いたり、あるいは、他の一次熱交換器で熱交換加熱された湯水を各管部材の外面側に接触させて内部を通過する別回路における給水（例えば浴槽からポンプ給水される低温の浴槽内湯水）を熱交換加熱させるという液−液熱交換器に用いたり、というように種々に設定することができる。

さらに、上記多管式熱交換器を、加熱源である燃焼バーナでの燃焼により生じる燃焼排ガスの潜熱を回収するための二次熱交換器として用いることもでき、この場合には上記多管式熱交換器の一対の壁部材を有底箱状の本体ケースの両側壁により構成することができる（請求項６）。二次熱交換器として用いた場合には燃焼排ガスの潜熱回収により給水を熱交換加熱すると排ガスドレンが発生する。本体ケースが有底箱状に形成されているため、発生した排ガスドレンは上記本体ケースの底に集められ、給湯器内の他の機器に排ガスドレンが漏れることはない。しかも、ヘッダを構成する壁部材と板状部材との接合固定部分から漏水が万一発生したとしても、その漏水は有底箱状の本体ケースの底に保持されるため、給湯器内の他の機器に上記漏水がかかることによる悪影響の発生を防止し得る。その上に、上記の如き二次熱交換器には排ガスドレンのドレン集水管（ドレン排水管）や、中和処理手段（中和槽又は中和器）が付設され、中和処理後に給湯器外へ排水されるように構成されているのが通常であるため、上記の漏水は本体ケースに保持・集水されるだけでなく、その本体ケース内の漏水を給湯器外に排出して給湯器内の他の機器への悪影響発生を確実に排除し得ることになる。

以上、説明したように、請求項１〜請求項４のいずれかの多管式熱交換器によれば、一群の管部材と、その両端に接合固定された一対の板状部材とを、一対の壁部材によって両側から挟み込んで外方への変位が不能な状態に拘束することができる。このため、管部材内に流される熱交換用の媒体に対しウォーターハンマー現象等に起因して圧力波が伝播し内部空間に内圧変動として作用したとしても、その内圧変動を上記一対の壁部材により支持させて、板状部材と壁部材との間の接合固定部分に対し引き剥がし力として作用することを回避させることができる。これにより、板状部材と壁部材との接合固定によりヘッダを構成したとしても、そのヘッダの構造強度を十分に高めて破損等のおそれを解消することができる一方、接合固定部分として例えばロウ付け部分の面積を狭くし得ることにより全体サイズのコンパクト化をも図ることができる。

特に、請求項２によれば、上記一対の壁部材間に挟み込んで拘束することによる上記ヘッダの構造強度の増強効果をより一層高めかつ確実なものにすることができる。

また、請求項３によれば、一対の壁部材の相対向面間隔の保持及び拘束を容易に実現させることができる上に、本体ケースをヘッダ形成のための一部に用いることができる。

さらに、請求項４によれば、ヘッダを構成する内部空間を容易に形成することができる上に、多管式熱交換器の外観をよりすっきりとしたものとすることができる。

一方、請求項５又は請求項６の多管式熱交換器を用いた給湯器によれば、給水を受けて給湯するという給湯器としての作動中にウォーターハンマー現象が発生し、圧力波が上記多管式熱交換器まで伝播したとしても、多管式熱交換器における破損等の発生のおそれを解消することができる一方、その多管式熱交換器のコンパクト化により給湯器自体の全体サイズのコンパクト化も図ることができる。さらに、多管式熱交換器での熱交換効率をより高めた給湯器の実現をも図ることができる。

特に請求項６によれば、多管式熱交換器を二次熱交換器として用いた場合に発生した排ガスドレンを本体ケースの底に集めることができる一方、多管式熱交換器のヘッダを構成する壁部材と板状部材との接合固定部分から漏水が万一発生したとしても、その漏水は有底箱状の本体ケースの底に保持されるため、あるいは、本体ケースの底から上記排ガスドレンと共に中和処理後に給湯器外に排出されることになるため、給湯器内の他の機器に上記漏水がかかることによる悪影響の発生を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２は本発明の実施形態に係る多管式熱交換器４を示し、図３はこの多管式熱交換器４が二次熱交換器として適用される潜熱回収式給湯器１の原理図を示し、図４は図３の潜熱回収式給湯器１の具体構成例を示す。なお、潜熱回収式給湯器１の原理自体は前述した通りであり、以下では重複した説明を省略する。

図１及び図２を参照しつつ上記多管式熱交換器４について説明する。なお、図１及び図２においては、図５及び図６と同様に基本構造を分かり易く示すために、各細管４３を実際よりも太く図示し、その本数も実際よりもかなり少なくして図示している。

多管式熱交換器４は本体ケース４１と、この本体ケース４１内に装着固定された細管セット（細管組立体）４２とからなる。上記本体ケース４１は底壁４１１、左右側壁４１２，４１３、前後側壁４１４，４１５（図２参照）からなる矩形箱状の容器４１ａと、この容器４１ａの開口を閉止する天蓋壁４１ｂとから構成されている。この天蓋壁４１ｂは、容器４１ａ内に細管セット４２を装着固定した後に容器４１ａに対しビス止め等により接合されて容器４１ａを閉止するためのものである。左右方向（図１の左右方向）に相対向する上記左右側壁４１２，４１３は本発明の一対の壁部材を構成するものであり、容器４１ａの一部を構成し上記前後側壁４１４，４１５によって互いに連結されているものであるため、その相対向面間隔が確実に一定に保持される上にその相対向面間隔が変化しないように拘束されている。上記前後側壁４１４，４１５には、特にこの多管式熱交換器４を潜熱回収式給湯器１の二次熱交換器として用いるために、燃焼排ガスの流入口４１６が後側壁４１５に、流出口４１７が前側壁４１４にそれぞれ形成されている。かかる本体ケース４１は、多管式熱交換器４が上記の排ガスの潜熱回収用の二次熱交換器として用いられる場合には、後述の細管４３や板状部材４４，４５，４６と共に、排ガスドレンに対抗し得るように耐腐食性素材（例えばステンレス）により形成される。この際、本体ケース４１は後述の如く排気筒９のハウジング自体をも兼ねることになるため、板状部材４４，４５，４６よりも厚肉のステンレス板材により形成される。

上記細管セット４２は、所定数の管部材である細管４３，４３，…と、所定形状の凹部が形成された板状部材４４，４５，４６とからなる。細管４３，４３，…は互いに平行にかつ間に熱交換媒体が通過し得るように隙間を開けた所定の配列状態で配置されており、この状態の細管４３，４３，…に対しその一端側（図１の左端側）に板状部材４４がロウ付けにより接合固定され、他端側（同図の右端側）に板状部材４５，４６が同じくロウ付けにより接合固定されている。上記の一端側の板状部材４４は、金属板素材のプレス成形により内部に凹部４４１が形成され、周囲に周縁フランジ４４２が形成されたものである。そして、この板状部材４４は凹部４４１を構成する壁部分に対し全数の細管４３，４３，…が固定され、各細管４３はその固定位置の壁部分に貫通形成された貫通孔４４３を通して凹部４４１と連通されている。つまり、各貫通孔４４３が所定配置で形成された板状部材４４に対し、各貫通孔４４３位置に合致するように各細管４３を位置決めして固定されているのである。

又、上記の他端側の板状部材４５，４６も上記と同様に内部に凹部４５１，４６１が形成され、周縁フランジ４５２，４６２が形成され、貫通孔４５３，４６３を通して各細管４３が凹部４５１，５６１と連通されている。そして、上記一端側の板状部材４４とは異なり、上記他端側の各板状部材４５，４６には半数ずつの細管４３，４３，…がまとめて固定されている。又、両板状部材４５，４６の両周縁フランジ４５２，４６２の外端面は互いに同一平面を構成するように形成されている。

このような細管セット４２では、一端側の板状部材４４の周縁フランジ４４２の外端面から他端側の板状部材４５，４６の周縁フランジ４５２，４６２の外端面までの寸法が、上記本体ケース４１の左右両側壁４１２，４１３の相対向面間隔に合致するように設定されている。そして、この細管セット４２が図２に示すように容器４１ａの開口から上記左右両側壁４１２，４１３の相対向面間に装入された後、板状部材４４の周縁フランジ４４２が左側壁４１２の内面に、板状部材４５，４６の周縁フランジ４５２，４６２が右側壁４１３の内面にそれぞれロウ付けにより固定される。

これにより、容器４１ａと細管セット４２とが互いに一体化され、左側壁４１２と板状部材４４との間に上記凹部４４１により内部空間４７ａが密閉状態で画成され、この内部空間４７ａによって折返し用ヘッダ４７が構成される。同様に、右側壁４１３と板状部材４５との間において上記凹部４５１により形成された内部空間４８ａによって入水用ヘッダ４８が構成され、右側壁４１３と板状部材４６との間に上記凹部４６２により形成された内部空間４９ａによって出水用ヘッダ４９が構成されることになる。なお、図１中の符号４８ｂは入水用接続口、４９ｂは出水用接続口であり、入水用接続口４８ｂは上記内部空間４８ａに連通するように、又、出水用接続口４９ｂは上記内部空間４９ａに連通するようにそれぞれ右側壁４１３に固定されている。

以上の本実施形態においては、板状部材４４及び４５によって、あるいは、板状部材４４及び４６によって、本発明における一対の板状部材が構成され、又、入水用ヘッダ４８と折返し用ヘッダ４７とによって、あるいは、出水用ヘッダ４９と折返し用ヘッダ４７とによって、本発明の一対のヘッダが構成されることになる。

以上の多管式熱交換器４を潜熱回収式給湯器１（図３参照）の潜熱回収用の二次熱交換器（以下「二次熱交換器４」というように同じ符号を付す）として用いるには、本体ケース４１を排気筒９の筒壁として共用し、後側壁４１５の流入口４１６に対し一次熱交換器３を通過した後の燃焼排ガスが流入するようにし、二次熱交換器４を通過した後の燃焼排ガスが前側壁の流出口４１７から機外に排出されるようにすればよい。

具体的には、図４に缶体５の具体構成例を示すように、缶体５は、燃焼バーナ２を内蔵した燃焼缶体部５１と、一次熱交換器３を内蔵した熱交換缶体部５２と、排気通路５３を内部に形成した排気通路用缶体部５４と、二次熱交換器４を内蔵し正面側（同図の左面側）に排気出口９１が開口した排気筒９とを順に接合して構成されている。この排気筒９において、二次熱交換器４の左右両側壁４１２，４１３により排気筒９の外側壁を、底壁４１１により排ガスドレンを流下させる排気筒９の底壁をそれぞれ構成し、後側壁４１５の流入口４１６を上記排気通路用缶体部５４の下流端の開口に連通させる一方、前側壁４１４の流出口４１７を排気出口９１に臨ませる。そして、排気筒９の外部に露出する入水用接続口４８ｂに給水管６の下流端を接続し、出水用接続口４９ｂに接続管６ａの上流端を接続する。

この場合には、燃焼バーナ２が燃焼されると、一次熱交換器３を通過した燃焼排ガス（図４の一点鎖線の矢印参照）が排気通路５３に沿って流れて流入口４１６から排気筒９内に導かれ、この排気筒９内に設置された二次熱交換器４の細管４３，４３間の隙間を通過して排気出口９１から外部に排出されることになる。一方、給水管６及び入水用接続口４８ｂから入水用ヘッダ４８内に供給された水はこれに連通する半数の細管４３，４３，…内に分流状態で通過して折返し用ヘッダ４７に至り、ここで折り返して他の半数の細管４３，４３，…内を通って出水用ヘッダ４９に至り、出水用接続口４９ｂを通して接続管６ａに出されて一次熱交換器３に供給されることになる。この入水用ヘッダ４８から折返し用ヘッダ４７を経て出水用ヘッダ４９に至る各細管４３内を入水が通過する際に、各細管４３の管壁から伝達される燃焼排ガスの潜熱との熱交換により上記入水が予熱される一方、潜熱を回収された燃焼排ガスが排気出口９１から排出されることになる。上記の熱交換による予熱においては、排気筒９を構成する本体ケース４１の内側に板状部材４４，４５，４６により形成されたヘッダ４７，４８，４９が位置し、かつ、その板状部材４４，４５，４６が側壁４１２，４１３よりも薄肉とされているため、水が各ヘッダ４７，４８，４９内を通過するときにも燃焼排ガスからの受熱を図５及び図６の構造の場合と比べ受け易くなる。これにより、熱交換効率の向上をも図ることができるようになる。

一方、上記の潜熱の回収に伴い各細管４３等の表面に結露が生じ、強酸性の排ガスドレンが発生し、この排ガスドレンが排気筒９の底壁である本体ケース４１の底壁４１１上に集められ、これがドレン集水管８１の入口に流入し中和槽８に流れ落とされ、中和槽８内の中和剤により中和処理された後に機外に排水されるようになる。また、各ヘッダ４７，４８，４９を構成する板状部材４４，４５，４６が排気筒９を構成する本体ケース４１の側壁４１２，４１３の内面に対しロウ付けにより接合固定されているため、このロウ付け部分から漏水が万一発生したとしても、その漏水は、図５及び図６の構造の場合とは異なり、本体ケース４１の底壁４１１上に流れ落ちて溜まるため、二次熱交換器４の外部に対し流れ出ることはない。このため、給湯器内の他の機器類（特に電気・電子部品類）に漏水がかかることによる不具合の発生を回避することができる。そして、上記底壁４１１に溜められた漏水は上記のドレン集水管８１を通して排ガスドレンと共に中和処理されて給湯器外に排出されるため、上記の不具合発生の回避をより一層確実に実現させることができる。

そして、この二次熱交換器４の場合には、給水管６や出湯管７等からのウォーターハンマー現象の影響が上記二次熱交換器４に及び、圧力波が入水接続口４８ｂ又は出水接続口４９ｂから内部に伝播したとしても、その圧力波は板状部材４４と側壁４１２との間のロウ付け部分や，板状部材４５，４６と側壁４１３との間のロウ付け部分に対し、図５及び図６の構造の場合の如く引っ張り側（引き剥がし側）に作用することはなく、ロウ付け部分の破断等の損傷発生のおそれを解消することができる。すなわち、図５及び図６の二次熱交換器４ａの場合には伝播した圧力波がロウ付け部分に対し引き剥がし側の外力として直接に作用することになるのに対し、上記二次熱交換器４の場合には各細管４３の両端に配置された板状部材４４、４５，４６が本体ケース４１の両側壁４１２，４１３間に挟み込まれて拘束された状態になっているため、圧力波が伝播したとしても本体ケース４１等が抵抗して受け持つことになる。

つまり、図５及び図６の二次熱交換器４ａの場合であると、上記のロウ付け部分はシールに加えて破断に耐え得る強度が要求されるのに対し、本実施形態の多管式熱交換器を用いた二次熱交換器４の場合には外力に対する強度は主として本体ケース４１が受け持つためロウ付け部分はシール性のみ満たすものであればよいことになる。このため、ロウ付けを実施するための周縁フランジ４４２，４５２，４６２も可及的に短幅に設定することができ、全体サイズのコンパクト化をも図ることができるようになる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、各細管４３の内部に水を通過させ外部に燃焼排ガスを通過させて両者間での熱交換を行わせるようにしているが、熱交換させる媒体はいずれの流体でもよく上記実施形態に限定されるものではない。従って、多管式熱交換器の用途が潜熱回収式給湯器あるいはその二次熱交換器に限定されるものではない。

上記実施形態では、入水用ヘッダ４８及び出水用ヘッダ４９を形成するために、細管４３，４３，…の一側に２つの板状部材４５，４６を固定しているが、これに限らず、他側の板状部材４４と同サイズの１つの板状部材を固定してもよい。この場合には、その１つの板状部材の内部を仕切壁により２つの内部空間に区画し、入水用ヘッダを構成する内部空間と、出水用ヘッダを構成する内部空間とを形成するようにしてもよい。

上記実施形態では、多数の細管４３，４３，…の一端側に折返し用ヘッダ４７を、他端側に入水用ヘッダ４８及び出水用ヘッダ４９を配設し、内部に通過させる媒体を折り返す折返し形の多管式熱交換器４を形成しているが、これに限らず、媒体を一方向に通過させるように構成してもよい。この場合には、多数の細管４３，４３，…の両端のそれぞれに同じ板状部材（例えば板状部材４４）を固定し、一端側ヘッダから他端側ヘッダに向けて一方向のみに媒体が通過するようにすればよい。

上記実施形態では板状部材４４，４５，４６に凹部４４１，４５１，４６１を形成し、両側壁４１２，４１３を平らな壁で構成することにより、両者間に内部空間４７ａ，４８ａ，４９ａを形成しているが、これに限らず、両側壁４１２，４１３にも上記凹部４４１，４５１，４６１とは逆向きの凹部を形成するようにしてもよいし、上記とは逆に板状部材を平らな壁で構成し、両側壁に上記の逆向きの凹部を形成することにより、板状部材と側壁との間にヘッダを構成する内部空間を形成するようにしてもよい。

細管セット４２の両端を挟み込む両側壁４１２，４１３は、その相対向面間隔が保持されて上記の細管セット４２を両端から拘束することができればよいため、上記実施形態の如く前後側壁４１４，４１５により一体の容器４１ａに構成しなくても、例えば軸方向引っ張り力に抵抗する複数のロッド部材等により上記の両側壁４１２，４１３を連結するようにしてもよい。

上記実施形態では細管セット４２をまず組み立て、これを本体ケース４１内に装入するという組立順序で説明したが、これに限らず、各側壁４１２，４１３に対し板状部材４４，４５，４６をロウ付けした後に、板状部材４４と、板状部材４５，４６との間に各細管４３，４３，…をセットして細管４３，４３，…と板状部材４４，４５，４６とをロウ付けするという組立順序を採用してもよいし、あるいは、各側壁４１２，４１３に対する板状部材４４，４５，４６のロウ付け固定と、板状部材４４，４５，４６に対する細管４３，４３，…のロウ付け固定とを炉中にて同時に行うようにしてもよい。

なお、上記の各細管４３と板状部材４４，４５，４６とのロウ付けに際しては、図１又は図２では各細管４３を板状部材４４，４５，４６に対し各貫通孔４４３，４５３，４６３位置で突き当てて接合固定された状態を示しているが、これに限らず、位置決めや仮止め等の仮組み付け時の便宜のために、各板状部材４４，４５，４６の貫通孔４４３，４５３，４６３に各細管４３を挿入させ、この状態で各細管４３と板状部材４４，４５，４６とのロウ付けによる接合固定を行うようにしてもよい。この場合には、上記の貫通孔４４３，４５３，４６３を細管４３の外径に対応した内径に設定すればよく、又、具体的に好ましい組み付け態様を図示すれば図７の如くなる。すなわち、各細管４３として各端部に対し軸方向圧縮力付与等による拡径加工により鍔部４３１を形成したものを用意し、各鍔部４３１から先端部位４３２を貫通孔４４３，４５３，４６３（図７は板状部材４４部分のみ図示）に挿入させることにより、上記位置決めや仮止め等の仮組み付けを行うようにすればよい。以上のような図１又は図２における細管を突き当てるのではなくて細管を挿入した仮組み付け状態でロウ付けするという事情は、図５及び図６における各細管１０４と側壁１０２，１０３とのロウ付けによる接合固定の場合も同様である。

本発明の実施形態を示す縦断面説明図である。 図１の実施形態の左側部分の分解状態の部分斜視図である。 多管式熱交換器の適用例として潜熱回収式給湯器の原理を示す模式図である。 図３の潜熱回収式給湯器の具体構造例を示す縦断面説明図である。 開発過程で考え出された多管式熱交換器の構造の図１対応図である。 図５の多管式熱交換器の図２対応図である。 図１の他の態様を示す図１の部分拡大図である。

符号の説明

４ 多管式熱交換器、二次熱交換器
４１ 本体ケース
４３ 細管（管部材）
４４，４５，４６ 板状部材
４７，４８，４９ ヘッダ
４７ａ，４８ａ，４９ａ 内部空間
４１２，４１３ 側壁（壁部材）
４１１ 底壁

Claims (6)

1. 並列配置にされた一群の管部材を間に挟んで一対のヘッダが互いに連結され、一方のヘッダ内から各管部材内を通して他方のヘッダ内までが連通されてなる多管式熱交換器であって、
   上記一対のヘッダは、上記一群の管部材の両端よりも外側位置で相対向しその相対向面間隔を一定に保持するように互いに拘束された一対の壁部材と、上記一群の管部材の両端にそれぞれ接合固定された一対の板状部材と、この各板状部材がその全周に亘り上記壁部材の相対向面に対し接合固定されることにより上記板状部材及び相対向面の両者間に区画形成された内部空間とにより形成され、
   上記一群の管部材の両端はそれぞれ上記各ヘッダを構成する内部空間と連通されている
   ことを特徴とする多管式熱交換器。
2. 請求項１に記載の多管式熱交換器であって、
   上記壁部材は上記板状部材に比して剛性がより高くなるように設定されている、多管式熱交換器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の多管式熱交換器であって、
   上記一対の壁部材は、矩形箱状の本体ケースにおいて相対向する一対の側壁により構成されている、多管式熱交換器。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の多管式熱交換器であって、
   上記各板状部材には、対応する壁部材に対し凹になるように屈曲されて上記内部空間を構成することになる凹部が形成されている、多管式熱交換器。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の多管式熱交換器を用いた給湯器であって、上記多管式熱交換器は、いずれか一方のヘッダに対し被圧下の給水が導入され、この給水が各管部材内を通過する間に各管部材の外部からの受熱により熱交換加熱され、熱交換加熱された後の湯水が他方のヘッダから給湯先に向けて導出されるように配設されている、
   ことを特徴とする多管式熱交換器を用いた給湯器。
6. 請求項５に記載の多管式熱交換器を用いた給湯器であって、
   上記多管式熱交換器は、加熱源である燃焼バーナでの燃焼により生じる燃焼排ガスの潜熱を回収するための二次熱交換器として用いられ、上記多管式熱交換器の一対の壁部材が有底箱状の本体ケースの両側壁により構成されている、多管式熱交換器を用いた給湯器。

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