JP2006207854A - 液々熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱源機に設けられたバーナを熱源とする熱交換器で加熱された熱媒体を流す第１流路と、被加熱液体を流す第２流路とを備え、熱媒体により被加熱液体を加熱する液々熱交換器において、コンパクト化とコストダウンとを図れるようにする。
【解決手段】第１と第２の２枚の外板７１，７２と両外板間に挟まれる中板７３とから成るプレス成形された３枚の板を重ね合わせる。そして、第１外板７１と中板７３との間に曲管状の第１流路７４を形成し、第２外板７２と中板７３との間に、中板７３を介して第１流路７４に重なるように、曲管状の第２流路７５を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、熱源機に設けられたバーナを熱源とする熱交換器で加熱された液体である熱媒体を流す第１流路と、被加熱液体を流す第２流路とを備え、第１流路に流れる熱媒体により第２流路に流れる被加熱液体を加熱する液々熱交換器に関する。

従来、バーナを熱源とする給湯用と暖房用の熱交換器を有する熱源機において、暖房用熱交換器で加熱された不凍液等の熱媒体を流す第１流路と、浴槽の水を流す第２流路とを備える液々熱交換器を設け、風呂の追焚きを行い得られるようにしたものが知られている。

ここで、風呂追焚き用の液々熱交換器は、一般的に、第１流路を形成する内管と、内管との間に第２流路を形成する外管とから成る２重管構造に構成されている(例えば、特許文献１参照)。このような２重管構造の液々熱交換器を製造するには、先ず、直状の内管を直状の外管に挿入した後、外管の端部を縮径すると共に内管を拡径して、外管の端部を内管の外周に密着させることにより２重管とし、次に、この２重管を蛇行形状等の所定の形状に屈曲させる。この際、内管と外管とを両者の同心度を保ちながら同時に屈曲させる必要があるが、これは非常に難しい作業になる。特に、２重管を小さな曲率半径で屈曲させると、内管と外管との同心度が極端に悪化するため、２重管の曲率半径は大きくせざるを得ない。従って、２重管を小さな曲率半径で細かく屈曲させて、外形寸法をコンパクトに纏めることは不可能になる。

また、液々熱交換器の製造には、外管の縮径及び内管の拡径、２重管の屈曲に加えて、外管の両端近傍に第２流路に流す液体の流入口と流出口とを切削加工で形成する必要があり、工数が多くコストが高くなる不具合もある。
特開平６−３０７５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、コンパクトで低コストの液々熱交換器を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、熱源機に設けられたバーナを熱源とする熱交換器で加熱された液体である熱媒体を流す第１流路と、被加熱液体を流す第２流路とを備え、第１流路に流れる熱媒体により第２流路に流れる被加熱液体を加熱する液々熱交換器において、第１と第２の２枚の外板と両外板間に挟まれる中板とから成るプレス成形された３枚の板を重ね合わせて構成され、第１外板と中板との間に曲管状の第１流路が形成され、第２外板と中板との間に、中板を介して第１流路に重なるように、曲管状の第２流路が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、各板に窪み等の流路形成部をプレス成形しておくことにより、第１外板と中板との間の管状の第１流路と、第２外板と中板との間の管状の第２流路が形成される。ここで、流路形成部は、小さな曲率半径で屈曲する形状に無理なくプレス形成できる。従って、従来の２重管構造の液々熱交換器で問題になる曲率半径の制約を受けることなく、第１と第２の両流路を小さな曲率半径で細かく屈曲させることができる。そのため、外形寸法を大きくせずに両流路の流路長を所要の熱交換効率を得るのに必要な長さに確保でき、コンパクトな液々熱交換器が得られる。また、プレス成形された３枚の板を重ね合わせるだけで液々熱交換器を製造でき、更に、各流路に流す液体の流入口及び流出口もプレス成形で簡単に形成でき、工数を削減してコストダウンを図ることができる。

尚、第１外板に、第１流路の上流端部と下流端部とに連通するように、熱媒体の流入口と流出口とを設けると共に、第２外板に、第２流路の上流端部と下流端部とに連通するように、被加熱液体の流入口と流出口とを設けることが考えられる。然し、これでは、熱媒体の流入口と流出口とに対する熱媒体用の配管部材の接続作業と、被加熱液体の流入口と流出口とに対する被加熱液体用の配管部材の接続作業とを液々熱交換器の互いに反対側で行うことが必要になって、配管部材の接続作業が面倒になり、また、液々熱交換器の第１外板の外側と第２外板の外側とに夫々配管部材の取り回しスペースを確保することが必要になり、スペース効率が悪くなる。

これに対し、第１と第２の両外板のうちの一方の外板に、第１と第２の両流路のうち当該一方の外板と中板との間に形成される一方の流路の上流端部と下流端部とに連通するように、当該一方の流路に流す液体の流入口と流出口とが設けられ、第１と第２の両流路のうちの他方の流路の上流端部及び下流端部が上記一方の流路の上流端部及び下流端部に重ならない位置まで延長され、上記一方の外板に、中板を通して上記他方の流路の上流端部と下流端部とに連通するように、当該他方の流路に流す液体の流入口と流出口とが設けられていれば、熱媒体用の配管部材の接続作業と被加熱液体用の配管部材の接続作業とを液々熱交換器の同じ側で行うことができて、作業性が向上すると共に、液々熱交換器の他方の外板の外側に配管部材の取り回しスペースを確保する必要がなく、スペース効率も向上する。

ところで、中板は、第１流路に流れる熱媒体と第２流路に流れる被加熱液体との間の熱交換を効率良く行わせる上で、熱伝導率の高い銅板で形成することが望まれる。一方、第１と第２の各外板は、第１と第２の各流路に流れる熱媒体や被加熱液体の放熱を抑制するため、銅より熱伝導率の低いステンレス等の材料で形成することが望まれる。然し、外板をステンレスで形成すると、中板と外板とをロー付けできなくなる。この場合、中板と各外板との接合面にパッキンを介設して、３枚の板を複数箇所でビス、リベット等により締結することが考えられるが、これでは部品点数が増すと共に締結に手間がかかり、更に、外板に設ける流入口と流出口とに配管部材をロー付けすることもできず、コストダウンを図る上で不利である。

これに対し、中板を銅板で形成し、第１と第２の両外板を銅より熱伝導率が低い母材(例えば、ステンレス)に銅メッキを施した板で形成すれば、放熱ロスを抑制して熱交換効率を向上できると共に、中板に各外板をロー付けでき、更に、外板に設ける流入口と流出口とに配管部材をロー付けすることもでき、コスト的に有利である。尚、本発明で「銅」には純銅のみでなく銅合金が含まれる。

図１を参照して、１は給湯用熱交換器２と暖房用熱交換器３とを有する熱源機を示している。給湯用と暖房用の両熱交換器２，３は、熱源機１内に配置した缶体４の上部に並設されている。缶体４の下部には、給湯用熱交換器２の熱源となる給湯用バーナ２ａと暖房用熱交換器３の熱源となる暖房用バーナ３ａとが並設されており、缶体４内にその下方のファン４ａから供給される空気を燃焼用空気として各バーナ２ａ，３ａの燃焼が行われる。また、缶体４の上方には、各熱交換器２，３を通過した燃焼排気を排出する排気ダクト４ｂが設けられている。

給湯用熱交換器２には、上流側の給水路５ａと下流側の出湯路５ｂとが接続されている。給水路５ａには、流量センサ５１と流量調節弁５２とが設けられ、更に、流量調節弁５２の下流側において給水路５ａと出湯路５ｂとを結ぶバイパス通路５ｃを設け、バイパス通路５ｃにバイパス流量調節弁５３を介設している。出湯路５ｂの下流端の出湯栓５４を開いて給湯用熱交換器２に通水し、この通水を流量センサ５１が検知すると給湯用バーナ２ａに点火され、バーナ２ａの燃焼量、流量調節弁５２，５３による通水量の制御により設定温度の湯水が出湯される。

暖房用熱交換器３には、暖房回路６を介してファンコイル等の暖房端末６１が接続されている。暖房回路６は、暖房用熱交換器３で加熱された不凍液等の熱媒体を暖房端末６１に送る暖房往き通路６ａと、暖房端末６１を通過した熱媒体を暖房用熱交換器３に戻す暖房戻り通路６ｂとで構成されている。暖房戻り通路６ｂには、シスターン６２と暖房ポンプ６３とが介設されている。そして、暖房端末６１の運転スイッチがオンされたとき、暖房端末６１用の弁６１ａが開弁されると共に暖房ポンプ６３が駆動され、更に暖房用バーナ３ａに点火されて、暖房用熱交換器３で加熱された熱媒体が暖房回路６を介して暖房端末６１と暖房用熱交換器３との間に循環される。

また、熱源機１には、風呂追焚き用の液々熱交換器７が設けられている。液々熱交換器７は、浴槽８に接続される風呂回路９に風呂ポンプ９１と共に介設されている。そして、暖房回路６に、暖房往き通路６ａから液々熱交換器７を介してシスターン６２に至る追焚き通路６ｃを設け、追焚き通路６ｃに追焚き弁９２を介設している。追焚き運転スイッチがオンされると、風呂ポンプ９１が駆動されて風呂回路９に浴槽８の湯水が循環され、更に、追焚き弁９２が開弁されると共に暖房ポンプ６３が駆動されて、暖房用熱交換器３に液々熱交換器７を経由して熱媒体が循環され、風呂回路９に循環される浴槽８の湯水が液々熱交換器７で加熱される。

液々熱交換器７は、図２に示す如く、熱源機１内に缶体４の後側に位置させて配置されている。以下、この液々熱交換器７の構造について詳述する。

液々熱交換器７は、図３乃至図５に示す如く、第１と第２の２枚の外板７１，７２と両外板７１，７２間に挟まれる中板７３とから成る略方形の３枚の板を重ね合わせて構成されている。第１外板７１には、中板７３から離反する方向に窪ませた流路形成部７１ａが第１外板７１の板面内で蛇行するようにプレス成形され、第２外板７２にも、中板７３から離反する方向に窪ませた流路形成部７２ａが第１外板７１の流路形成部７１ａに沿って蛇行するようにプレス成形されている。かくして、第１と第２の両外板７１，７２を中板７３を挟んだ状態で重ね合わせると、第１外板７１の流路形成部７１ａと中板７３との間に蛇行した曲管状の第１流路７４が形成され、第２外板７２の流路形成部７２ａと中板７３との間に、中板７３を介して第１流路７４に重なる蛇行した曲管状の第２流路７５が形成される。

第１流路７４は暖房用熱交換器３で加熱された熱媒体を流す流路となり、第２流路７５は浴槽８の水(被加熱液体)を流す流路となる。そして、第２流路７５に流れる被加熱液体は、第１流路７４に流れる熱媒体の熱により中板７３を介して加熱される。尚、第２流路７５には、第１流路７４の熱媒体の流れの向きとは逆向きに被加熱液体を流すようにしている。ところで、所要の熱交換効率を得るには、第１と第２の両流路７４，７５の流路長を所定長さ以上にする必要がある。ここで、各外板７１，７２の流路形成部７１ａ，７２ａは、小さな曲率半径で屈曲する形状に無理なくプレス形成できる。従って、従来の２重管構造の液々熱交換器で問題になる曲率半径の制約を受けることなく、第１と第２の両流路７４，７５を小さな曲率半径で細かく屈曲させることができる。そのため、外形寸法を大きくせずに両流路７４，７５の流路長を所要の熱交換効率を得るのに必要な長さに確保でき、液々熱交換器７のコンパクト化を図ることができる。

また、本実施形態では、第１と第２の両流路７４，７５の隔壁となる中板７３の部分７３ａを断面略Ｍ字状に形成すると共に、この隔壁部分７３ａに細かな波状の凹凸を付け、熱媒体と被加熱液体との熱交換面積を広く確保できるようにしている。更に、第２外板７２の流路形成部７２ａも中板７３の隔壁部分７３ａの断面形状に合わせて断面略Ｍ字状に形成している。

第２外板７２には、第２流路７５の上流端部と下流端部とに連通するように被加熱液体の流入口７５ａと流入口７５ｂとが設けられており、これら流入口７５ａと流入口７５ｂとに上記風呂回路９の上流側の配管部材と下流側の配管部材とが接続される。また、第１外板７１の流路形成部７１ａは、第１流路７４の上流側と下流側の各端部が第２流路７５の下流側と上流側の各端部に重ならない位置まで延長されるように形成されている。そして、第２外板７２に、中板７３を通して第１流路７４の上流端部と下流端部とに連通するように熱媒体の流入口７４ａと流出口７４ｂとを設けている。また、熱媒体の流入口７４ａと流出口７４ｂには夫々口金７６が取付けられており、流入口７４ａの口金７６と流出口７４ｂの口金７６とに上記追焚き通路６ｃの上流側の配管部材と下流側の配管部材とが接続される。

ここで、第１外板７１に、第１流路７４の上流端部と下流端部とに連通する流入口と流出口とを形成することも可能であるが、これでは、熱媒体用の配管部材の接続作業と被加熱液体用の配管部材の接続作業とを液々熱交換器７の互いに反対側で行うことが必要になって、配管部材の接続作業が面倒になり、また、液々熱交換器７の第１外板７１の外側と第２外板７２の外側とに夫々配管部材の取り回しスペースを確保することが必要になり、スペース効率が悪くなる。これに対し、本実施形態の如く第２外板７２に第２流路７５に対する流入口７５ａ及び流出口７５ｂに加えて第１流路７４に対する流入口７４ａ及び流出口７４ｂを設けておけば、熱媒体用の配管部材の接続作業と被加熱液体用の配管部材の接続作業とを液々熱交換器７の同じ側で行うことができて、作業性が向上すると共に、第１外板７１の外側に配管部材の取り回しスペースを確保する必要がなく、スペース効率も向上する。尚、液々熱交換器７は、熱源機１内の缶体４の後側に第２外板７２を前方に向けた状態で配置されており、第１外板７１の外側、即ち、後側に配管部材の取り回しスペースを確保せずに済むことから、液々熱交換器７を熱源機１の背面板１ａに可及的に接近させて配置することが可能になる。液々熱交換器７を、第１外板７１を前方に向けた姿勢で配置する場合には、第１流路７４に対する流入口７４ａ及び流出口７４ｂと、第２流路７５に対する流入口７５ａ及び流出口７５ｂを第１外板７１に設けることが望ましい。

ここで、中板７３は銅板(例えば、Ｃ１２２０製の板)で形成され、銅の持つ高熱伝導性を利用して熱交換効率を向上させている。一方、第１と第２の各外板７１，７２は、第１流路７４に流れる熱媒体の第１外板７１を介しての放熱や、第２流路７５に流れる被加熱液体の放熱を抑制するために、銅より熱伝導率が低い材料、例えば、ステンレスで形成することが好ましい。然し、各外板７１，７２をステンレスで形成すると、中板７３に各外板７１，７２をロー付けすることができず、中板７３と各外板７１，７２間のシール性を確保することが困難になる。

そこで、本実施形態では、各外板７１，７２を銅より熱伝導率が低い母材(例えば、ステンレス)に銅メッキを施した板で形成している。これによれば、各外板７１，７２は銅メッキ層でロー付け可能になる。そのため、各外板７１，７２と中板７３との接合面(流路形成部７１ａ，７２ａ以外の部分)にシート状や粉末状のロー材を挟んだ状態でこれら３枚の板７１，７２，７３を重ね合わせて炉中で加熱することにより、各外板７１，７２を中板７３にロー付けすることができる。また、被加熱液体用の配管部材を第２外板７２に形成した第２流路７５に対する流入口７５ａと流出口７５ｂとにロー付けすることが可能になり、口金７６も第２外板７２に形成した第１流路７４に対する流入口７４ａと流出口７４ｂとにロー付けすることが可能になる。更に、各外板７１，７２の母材は銅より熱伝導率が低いため、各外板７１，７２を介しての熱媒体や被加熱液体の放熱が抑制され、熱交換効率も向上する。

尚、各外板７１，７２を銅板で形成し、銅板製の中板７３に各外板７１，７２をロー付けすることも可能であるが、これでは、各外板７１，７２を介しての放熱ロスが大きくなる。この場合、各外板７１，７２の外面をカバーで覆うことも考えられるが、これではコストが高くなる。また、各外板７１，７２をステンレス製とし、中板７３と各外板７１，７２との接合面にパッキンを介設して、３枚の板７１，７２，７３を複数箇所でビス、リベット等により締結することも考えられるが、これでは部品点数が増すと共に締結に手間がかかり、コストダウンを図る上で不利である。従って、熱交換効率を向上させて、且つ、コストダウンを図るには上記実施形態のように構成することが望ましい。

ところで、上記実施形態では、第１と第２の各流路７４，７５を蛇行した曲管状に形成しているが、これに限るものではなく、例えば、各流路７４，７５を渦巻き形の曲管状に形成することも可能である。また、第１と第２の各外板７１，７２の流路形成部７１ａ，７２ａ及び中板７３の隔壁部分７３ａの断面形状も上記実施形態の形状に限られるものではない。

また、上記実施形態の液々熱交換器７は風呂追焚き用のものであるが、他の用途の液々熱交換器、例えば、浴室に配置するミストサウナ用のミストノズルに供給する水を熱源機の暖房用熱交換器により熱媒体を介して加熱するための液々熱交換器にも同様に本発明を適用できる。

液々熱交換器を具備する熱源機の回路構成を示す説明図。 熱源機の要部の切断側面図。 本発明の実施形態の液々熱交換器の正面図。 図３のＩＶ−ＩＶ線で切断した切断面図。 図３のＶ−Ｖ線で切断した切断面図。

符号の説明

１…熱源機、３…暖房用熱交換器、３ａ…暖房用バーナ、７…液々熱交換器、７１…第１外板、７２…第２外板、７３…中板、７４…第１流路、７４ａ…流入口、７４ｂ…流出口、７５…第２流路、７５ａ…流入口、７５ｂ…流出口。

Claims (3)

1. 熱源機に設けられたバーナを熱源とする熱交換器で加熱された液体である熱媒体を流す第１流路と、被加熱液体を流す第２流路とを備え、第１流路に流れる熱媒体により第２流路に流れる被加熱液体を加熱する液々熱交換器において、
   第１と第２の２枚の外板と両外板間に挟まれる中板とから成るプレス成形された３枚の板を重ね合わせて構成され、第１外板と中板との間に曲管状の第１流路が形成され、第２外板と中板との間に、中板を介して第１流路に重なるように、曲管状の第２流路が形成されていることを特徴とする液々熱交換器。
2. 前記第１と第２の両外板のうちの一方の外板に、前記第１と第２の両流路のうち当該一方の外板と前記中板との間に形成される一方の流路の上流端部と下流端部とに連通するように、当該一方の流路に流す液体の流入口と流出口とが設けられ、第１と第２の両流路のうちの他方の流路の上流端部及び下流端部が上記一方の流路の上流端部及び下流端部に重ならない位置まで延長され、上記一方の外板に、中板を通して上記他方の流路の上流端部と下流端部とに連通するように、当該他方の流路に流す液体の流入口と流出口とが設けられていることを特徴とする請求項１記載の液々熱交換器。
3. 前記中板は銅板で形成され、前記第１と第２の両外板は銅より熱伝導率が低い母材に銅メッキを施した板で形成され、各外板と中板とがロー付けされることを特徴とする請求項１または２記載の液々熱交換器。

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