JP2007247979A - 温水機器用熱交換器及び燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】銅系のろう材のような一般的なろう材を用いて接合してもドレン水による腐食の恐れが少なく、かつ構造の簡単な温水機器用熱交換器を提供する。
【解決手段】第２熱交換器１７はプレート水管４１を複数枚重ねて構成されている。プレート水管４１は、折り曲げ片４５を介して第１対向板４４ａと第２対向板４４ｂとがつながったものであり、折り曲げ片４５を二つ折りに折り曲げることによって第１対向板４４ａと第２対向板４４ｂが重ね合わされ、その間に湯の流れる空間が形成されている。第１対向板４４ａと第２対向板４４ｂは、互いの１辺が折り曲げ片４５によってつながっており、残り３辺に形成された接合片４６は銅系のろう材４７によって接合されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、温水機器用熱交換器及び燃焼装置に関する。特に、潜熱回収機能を備えた燃焼装置と当該装置に用いられるプレート型の温水機器用熱交換器とに関する。

省エネルギーや環境保護の観点から、燃焼装置にはより高い熱効率が求められる。そのような燃焼装置としては、燃焼によって発生した燃焼排気中の潜熱を回収することによって熱効率を向上させた潜熱回収機能付きの燃焼装置がある。

燃焼装置に用いられている温水機器用熱交換器では、ステンレス製のプレート水管の四周をろう材を用いてろう付けしている。このろう材としては、一般的にはコストが安価で、安全性の高い銅系のろう材が用いられている。しかし、潜熱回収機能を備えた燃焼装置では、潜熱回収に伴って強酸性のドレン水（凝結水）が発生するため、端面からしみ込んだドレン水によって銅系のろう材が腐食してしまい、十分な接合強度を維持することが困難である。

一方、ニッケル系のろう材は、ドレン水の硝酸成分に対して耐食性を有していることが知られている（特許文献１）。しかし、ニッケル系のろう材はコストが高く、生産性もよくない。さらに、ニッケルはＷＨＯ（世界保健機関）による水質ガイドラインでも含有量の許容レベルが非常に厳しいため、内部を水が流れる熱交換器に用いることは避けることが望ましい。

そのため、特許文献２に開示されている熱交換器では、ろう付け部分を銅系のろう材とニッケル系のろう材との二重構造とし、水に触れる内側のろう付け部分には銅系のろう材を用い、ドレン水と触れる外側のろう付け部分にはニッケル系のろう材を用いるようにしている。

しかしながら、このような熱交換器では、二重のろう付け構造を有しているために構造が複雑となり、組立が難しくなると共にコストが高くつく。さらに、銅系のろう材に加えて高価なニッケル系のろう材を用いているので、さらにコストが高くつく問題があった。

特開平９−２８５８８８号公報 特開２００２−１６８５８３号公報

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、銅系のろう材のような一般的なろう材を用いて接合してもドレン水による腐食の恐れが少なく、かつ構造の簡単な温水機器用熱交換器と、当該温水機器用熱交換器を用いた燃焼装置を提供することにある。

本発明の請求項１にかかる温水機器用熱交換器は、第１対向板と第２対向板とを重ね合わせて両対向板間に湯の流れる空間を形成されたプレート水管を複数並べ、各プレート水管の空間どうしを互いに連通させた温水機器用熱交換器であって、前記プレート水管は、前記第１対向板と前記第２対向板とがそれぞれの１辺に形成された折り曲げ片を介してつながっており、且つ、折り曲げ片を二つ折りに曲げることによって第１対向板と第２対向板が重ね合わされており、さらに、第１対向板と第２対向板の折り曲げ片を設けられた辺以外の辺をろう材によって接合されていることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載した温水機器用熱交換器にあっては、プレート水管の一辺が折り返されているので、この折り返し側が燃焼排気の下流側となるように配置すれば、プレート水管のろう付け部分がドレン水によって侵される恐れがなくなる。また、燃焼排気下流側以外の辺ではプレート水管がろう付けされていてもドレン水が発生しにくいのでろう付け部分がドレン水で侵される恐れがほとんどない。従って、ろう材としては銅系のろう材（請求項２）のように、安全でコストも安価なろう材を用いても、ろう材がドレン水で侵される恐れがほとんどない。

本発明の請求項３に記載の温水機器用熱交換器にあっては、前記プレート水管の一方の面に設けられた突部に連通孔を開口し、前記プレート水管に隣接する別なプレート水管の前記突部と対向する面に前記突部の嵌り込む凹部を形成すると共に当該凹部内に連通孔を開口し、前記突部の連通孔の周囲と前記凹部の連通孔の周囲との間に封止部材を挟み込むようにして前記突部を前記凹部内に挿入して隣接するプレート水管どうしを連結したことを特徴としている。よって、隣接するプレート水管どうしを突部と凹部で連結することができるので、プレート水管どうしを容易に結合でき、温水機器用熱交換器の組立てを容易に行なえる。さらにプレート水管の枚数の増加にも容易に対応できる。

本発明の請求項４に記載の燃焼装置は、バーナーによる燃焼排気の流路に、顕熱回収用の第１熱交換器と潜熱回収用の第２熱交換器とを配設し、前記第１熱交換器及び第２熱交換器を通過するようにして加熱用の水流路を形成した燃焼装置において、前記第２熱交換器が請求項１、２又は３のいずれか１項に記載した温水機器用熱交換器であって、前記プレート水管の折り返し側が燃焼排気の下流側を向くように配置されていることを特徴としている。

本発明の請求項４による燃焼装置によれば、ドレン水によってろう付け部分が侵されにくく、熱効率のよい潜熱利用の燃焼装置を製作することができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものでないことは勿論である。

図１は、本発明の実施例１による燃焼装置（給湯器）１１を示す正面図である。図２は、その内部構造を示す概略断面図である。図２に示すように、燃焼装置１１の外装ケース１２内には燃焼室１３が設けられており、燃焼室１３内の下部にはバーナー１４が設けられ、燃焼室１３の底面にはバーナー１４に燃焼用空気を供給するための送風機１５が設けられている。さらに燃焼室１３内においては、バーナー１４の上方空間に顕熱回収用の第１熱交換器１６と潜熱回収用の第２熱交換器１７とが配設されている。顕熱回収用の第１熱交換器１６は、特に図示しないが熱交換用フィンを有する配管によって構成されている。潜熱回収用の第２熱交換器１７は、後述のようにプレート型の温水機器用熱交換器によって構成されている。また、第１熱交換器１６と第２熱交換器１７は、水の流れの上流側に第１熱交換器１６、下流側に第２熱交換器１７が配置されている。第２熱交換器１７の下方には、第２熱交換器１７で発生したドレン水を回収するドレン部１８（排水受け）が設けられている。ドレン部１８は、第２熱交換器１７から落ちてきたドレン水を受けて排水口１９から排出できるよう、排水口１９に向けて下り傾斜している。

外装ケース１２内には、中和装置２０が納められており、中和装置２０は柔軟なパイプ２１によって排水口１９と接続されている。外装ケース１２の前面はフロントカバー２２となっており、このフロントカバー２２を固定しているネジを緩めフロントカバー２２を外すことにより容易に中和装置２０のメンテナンス（中和剤の補給など）を行うことができるように構成されている。前記外装ケース１２には、給湯のための入水管路２３と、熱交換加熱された温水の給湯管路２４と、バーナー１４への燃料供給管路２５とが接続されている。また、入水管路２３には、水量センサ２６が設けられており、入水管路２３への水の供給の有無により、給湯動作中か給湯動作が終了したかを判断できるようになっている。

図３は、上記第１熱交換器１６と第２熱交換器１７の構造を具体的に表した図である。図３により、実施例１の燃焼装置１１による給湯原理を簡単に説明する。外部の上水道から入水管路２３に水が供給されると、この水は第１熱交換器１６、第２熱交換器１７を順番に通過し、両熱交換器１６、１７で加熱された湯は給湯管路２４から外部へ出湯される。

一方、燃料供給管路２５からは燃料、例えばガスが供給され、バーナー１４で燃やされると燃焼排気は第１熱交換器１６、第２熱交換器１７を通過する間に自己が保有する顕熱、潜熱を熱交換器１６、１７に与え、これによって熱交換器１６、１７内を流れる水が加熱され、温水となって給湯管路２４から出湯される。第２熱交換器１７を経た燃焼排気は、排気口２７から外部に排気される。この時、第２熱交換器１７には、燃焼排気が潜熱を失うことによって凝縮してドレン水となり付着する。

このようにバーナー１４で発生した燃焼排気は、第１熱交換器１６を通過した後、矢符で示すように流れ、第２熱交換器１７をすり抜けて流れる時に第２熱交換器１７と露点以下になるまで熱交換し、その潜熱を第２熱交換器１７に与えると同時に、温度が低くなった燃焼排気は潜熱を放出して凝縮し、第２熱交換器１７の付近でドレン水を発生させる。このドレン水はドレン部１８に流れ落ち、ドレン部１８を流れて排水口１９から中和装置２０内に流れ込む。

中和装置２０の内部には強酸性のドレン水を中和するための中和剤（炭酸カルシウムなど）が充填されており、ドレン部１８で回収されたドレン水を受け入れて中和処理を行う。また、中和装置２０には排出管路２９が設けられており、中和装置２０で中和した洗浄水を排出管路２９から排水溝３０へ排水し、さらに下水道などに排出することができる。

図３に示すように、第２熱交換器１７の近傍には、洗浄水を噴射して第２熱交換器１７で発生したドレン水を洗い流すため洗浄ノズル３１（散水部）が設けられている。洗浄ノズル３１には、他端が上水道に接続された洗浄水供給配管２８が接続されており、上水道から洗浄水を洗浄ノズル３１に供給できるようになっている。また、洗浄水供給配管２８と排出管路２９を接続するようにして循環管路３２が設けられている。洗浄水供給配管２８と排出管路２９の循環管路３２が接続する箇所にはそれぞれ電動三方弁３３、３４が設けられており、中和した洗浄水を下水道などに排水せずに循環管路３２を通して洗浄ノズル３１に洗浄水として供給することができる。また、循環管路３２にはポンプ３５が設けられており、ポンプ３５を動作させて中和装置２０で中和された洗浄水を洗浄ノズル３１に送り込んで噴射し、第２熱交換器１７に付着しているドレン水を洗い流せるようにしている。中和装置２０で中和された洗浄水を循環させて第２熱交換器１７の洗浄水として再利用することにより、常に上水道から水を供給する必要が無く、水の節約及び排水量を削減することができる。また、中和装置２０で中和されて排出管路２９に流れ出る洗浄水は、若干アルカリ性を示す。したがって、中和装置２０を通過した洗浄水は、単にドレン水を洗い流すだけでなく、ドレン水をその場で中和して酸性度を下げることができるので、第２熱交換器１７に洗浄水の残滴が残ってしまったとしても、第２熱交換器１７の素材を腐食しにくい。

次に、潜熱回収用の第２熱交換器１７の構造を説明する。第２熱交換器１７は、重ね合わされた複数枚のプレート水管４１に、第１熱交換器１６につながった入湯管４２と給湯管路２４つながった出湯管４３とを接続して構成されている。図４は１つのプレート水管４１の構造を示す断面図であり、図５はプレート水管４１の製造方法を説明する断面図である。プレート水管４１は、矩形状をしたステンレス製の第１対向板４４ａと矩形状をしたステンレス製の第２対向板４４ｂとを重ね合わせて構成されており、その内部には湯が流れることのできる密閉空間が形成されている。

図５に示すように、プレート水管４１は、その製造工程においては、第１対向板４４ａ及び第２対向板４４ｂがプレス成形される。第１対向板４４ａ及び第２対向板４４ｂは略矩形状に形成されており、それぞれの１辺である折り曲げ片４５を介してつながっている。また、第１対向板４４ａ及び第２対向板４４ｂの折り曲げ片４５以外の辺である残り３辺には、両対向板４４ａ、４４ｂどうしをろう付けするための接合片４６が形成されている。ついで、第１対向板４４ａと第２対向板４４ｂとは、図５に想像線で示すように、折り曲げ片４５の中央部で２つに折り曲げられ、残り３辺の接合片４６が重ね合わされる。重ね合わされた第１対向板４４ａの接合片４６と第２対向板４４ｂの接合片４６とは、図４に示すように、水に溶け出しにくく水質基準が厳しく無く且つ安価なろう材、例えば銅系のろう材４７を用いてしっかりとろう付けされる。なお、図４に示したプレート水管４１では、第１対向板４４ａと第２対向板４４ｂとの間が狭くなっている箇所があるが、ここには水がスムーズに流れることができる程度の隙間４８が形成されている。

図６は第２熱交換器１７の断面図であり、図７はそのＺ−Ｚ線断面の概略図である。図６に示すように、複数枚のプレート水管４１はパッキン４９を介して重ねられており、しかも、各プレート水管４１の折り曲げ片４５が同じ方向に位置するように揃えられている。さらに、これらのプレート水管４１は両面を挟持板５０によって挟まれており、挟持板５０をボルト５１及びナット５２によって締付けることにより保持され、組立てられている。

また、図６に示すように、プレート水管４１の一方の面（例えば第１対向板４４ａ）には、連通孔５４を開口された接続パイプ５３が一体に突設されており、他方の面（例えば第２対向板４４ｂ）には、連通孔５６を開口されたパイプ接続部５５が凹設されている。そして、隣接するプレート水管４１どうしの間では、接続パイプ５３の先端部外周に嵌めたＯリング５７を介して接続パイプ５３の先端部がパイプ接続部５５に挿入されている。よって、接続パイプ５３の連通孔５４とパイプ接続部５５の連通孔５６とが連通しており、各プレート水管４１の内部の空間が互いに連通している。なお、端のプレート水管４１の連通孔５４は、盲キャップ５８によって塞がれている。また、反対側の端のプレート水管４１のパイプ接続部５５には、入湯管４２及び出湯管４３が接続されている。

このようにして構成された第２熱交換器１７は、前記のようにドレン部１８の上に設置されており、図３の向かって左から右へ向けて（図６では紙面に垂直な手前方向から奥へ向けて）燃焼排気が流れており、第２熱交換器１７は各プレート水管４１の折り曲げ片４５が燃焼排気の下流側に位置するように配置されている。

そして、入湯管４２から流れ込んで各プレート水管４１内を流れる湯は、第２熱交換器１７を通過する燃焼排気の潜熱と熱交換して加熱され、出湯管４３から出湯される。

第２熱交換器１７は、燃焼排気の潜熱を回収して第２熱交換器１７内の温水を加熱するので、第２熱交換器１７のプレート水管４１表面には、凝縮した強酸性の燃焼排気（ドレン水）が付着するが、燃焼排気によるドレン水は燃焼排気の流れる上流側や側面には発生しにくく、排気温度の下がった下流側に発生する。しかし、この第２熱交換器１７では、燃焼排気の下流側には折り曲げ片４５が位置しており、ろう付けを行なっていないので、ろう付け部分がドレン水によって侵される恐れがない。また、他の三辺（接合片４６）ではろう付けを行なっているが、ここではドレン水が発生しにくいためろう付け部分が侵されにくくなっている。また、ろう材４７として銅系のろう材を用いることでコストを安価にでき、また水質に対しても安全性が高くなる。

さらに、接続パイプ５３とパイプ接続部５５の間もろう付けすることなく、Ｏリング５７を介して圧接することによって接続しているので、燃焼排気の下流側であってもドレン水によって侵される恐れが少なく、また水質に対する安全性が高い。

図１は、本発明の実施例１に係る燃焼装置の正面図である。 図２は、図１の燃焼装置の構成を示す概略断面図である。 図３は、燃焼装置内の第１及び第２熱交換器、中和装置等を示す図である。 図４は、第２熱交換器を構成するプレート水管の断面図である。 図５は、上記プレート水管の製造方法を説明する断面図である。 図６は、第２熱交換器の断面図とその一部拡大図である。 図７は、図６のＺ−Ｚ線断面の概略図である。

符号の説明

１１ 燃焼装置
１４ バーナー
１６ 第１熱交換器
１７ 第２熱交換器
１８ ドレン部
２３ 入水管路
２４ 給湯管路
２７ 排気口
４１ プレート水管
４２ 入湯管
４３ 出湯管
４４ａ 第１対向板
４４ｂ 第２対向板
４５ 折り曲げ片
４６ 接合片
４７ ろう材
５０ 挟持板
５３ 接続パイプ
５４ 連通孔
５５ パイプ接続部
５６ 連通孔
５７ Ｏリング

Claims (4)

1. 第１対向板と第２対向板とを重ね合わせて両対向板間に湯の流れる空間を形成されたプレート水管を複数並べ、各プレート水管の空間どうしを互いに連通させた温水機器用熱交換器であって、
   前記プレート水管は、前記第１対向板と前記第２対向板とがそれぞれの１辺に形成された折り曲げ片を介してつながっており、且つ、折り曲げ片を二つ折りに曲げることによって第１対向板と第２対向板が重ね合わされており、さらに、第１対向板と第２対向板の折り曲げ片を設けられた辺以外の辺をろう材によって接合されていることを特徴とする温水機器用熱交換器。
2. 前記ろう材は、銅系のろう材であることを特徴とする、請求項１に記載の温水機器用熱交換器。
3. 前記プレート水管の一方の面に設けられた突部に連通孔を開口し、前記プレート水管に隣接する別なプレート水管の前記突部と対向する面に前記突部の嵌り込む凹部を形成すると共に当該凹部内に連通孔を開口し、前記突部の連通孔の周囲と前記凹部の連通孔の周囲との間に封止部材を挟み込むようにして前記突部を前記凹部内に挿入して隣接するプレート水管どうしを連結したことを特徴とする、請求項１又は２に記載の温水機器用熱交換器。
4. バーナーによる燃焼排気の流路に、顕熱回収用の第１熱交換器と潜熱回収用の第２熱交換器とを配設し、前記第１熱交換器及び第２熱交換器を通過するようにして加熱用の水流路を形成した燃焼装置において、
   前記第２熱交換器が請求項１、２又は３のいずれか１項に記載した温水機器用熱交換器であって、前記プレート水管の折り返し側が燃焼排気の下流側を向くように配置されていることを特徴とする燃焼装置。

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