JP2012137253A - 潜熱熱交換器、及び給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシング内で吸熱管が安定に固定された潜熱熱交換器を安価に提供する。
【解決手段】天板４０及び底壁１３にはそれぞれ、ケーシング本体１０と天板４０とが接合された際に、ケーシング２の内部に向かって突出する上突出部１４４及び下突出部１３１が形成されている。複数の吸熱管５０は、扁平に加工された円弧状折り返し部５２で重ね合わされており、上突出部１４４及び下突出部１３１それぞれは、最上段及び最下段の円弧状折り返し部５２と当接する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃焼排気中の水蒸気を凝縮させて潜熱を回収する潜熱熱交換器、及び該潜熱熱交換器を有する給湯装置に関する。

従来、器具本体内に、顕熱熱交換器と潜熱熱交換器とを有する、所謂、コンデンシング型の給湯装置が知られている。この種の給湯装置においては、顕熱熱交換器により燃焼排気の顕熱が吸収された後、さらに潜熱熱交換器により燃焼排気の潜熱が吸収される。

上記潜熱熱交換器としては、小型化や高熱効率化を進めるために、例えば、図１３に示すように、燃焼排気が流れるケーシング８０１内に、直線部と円弧状折り返し部とが繰り返して連続する配管構造を有する吸熱管８０３が螺旋状態で複数配設され、各吸熱管８０３に被加熱流体を流通させるために、ケーシング８０１の一方側壁８０２に設けた流入ヘッダ８６０及び流出ヘッダ８７０にそれぞれ、各吸熱管８０３の上流端及び下流端が接続されたものが知られている（例えば、特許文献１）。

また、特許文献１の潜熱熱交換器とは異なるが、図１５に示すように、複数の加熱回路を有する給湯装置においても、熱効率を向上させるために、ケーシング９０１内を仕切壁Ｗａ，Ｗｂにより２つの領域に分割し、各領域に吸熱管９０３ａ，９０３ｂを蛇行状態で複数配設させたものが開発されている。この潜熱熱交換器では、各領域に収容された吸熱管９０３ａ，９０３ｂに被加熱流体を流通させるために、ケーシング９０１の一方側壁９０２及び他方側壁９０４のそれぞれに、流入ヘッダ９６０ａ，９６０ｂ及び流出ヘッダ９７０ａ，９７０ｂが接続されている（例えば、特許文献２）。

ところで、これらの潜熱熱交換器では、燃焼排気がケーシング内に導入されたり、被加熱流体が吸熱管内を流れた際に、吸熱管が振動するため、ケーシング内で吸熱管を固定させておく必要がある。このため、例えば、特許文献１では、線材に曲げ加工が施されたスペーサＳと、図１４に示すような、吸熱管８０３全体を固定するための本体部８０６ａ及び補助部８０６ｂからなる支持体８０６の利用が提案されている。また、特許文献２では、図１５及び図１６に示すような、吸熱管９０３ａ，９０３ｂの円弧状折り返し部の形状に変形させた固定部Ｗｓを仕切壁Ｗａ，Ｗｂに設けることや、図１７に示すような、吸熱管９０３ａ，９０３ｂを上下から挟むクランプ部材Ｃの利用が提案されている。

特開２００８−１５１４７４号公報

特開２００６−３４３０９０号公報

しかしながら、上記特許文献１のスペーサや支持体あるいは特許文献２のクランプ部材では、吸熱管を固定するための固定部材を別に使用しなければならず、またケーシング内に固定部材を配置するためのスペースを確保しなければならない。その結果、潜熱熱交換器の体積や重量が増加するとともに、コスト高となる。また、ケーシング内の燃焼排気の排気通路に固定部材が配置されてしまうため、熱効率の低下を招くこととなる。さらに、特許文献２の仕切壁を円弧状折り返し部の形状に変形させた固定部では、吸熱管の左右方向の振動は抑えられるものの、上下方向の振動が十分に抑えられないという問題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、小型化及び高熱効率化が求められる潜熱熱交換器において、ケーシング内で吸熱管が安定に固定された潜熱熱交換器を安価に提供すること、及び該潜熱熱交換器を用いた給湯装置を提供することにある。

本発明によれば、内部に燃焼排気の通路を有するケーシングと、前記ケーシング内に収容される複数の吸熱管と、前記各吸熱管に被加熱流体を導入する流入ヘッダと、前記各吸熱管から被加熱流体を導出する流出ヘッダとを備える潜熱熱交換器であって、
前記ケーシングは、上方開口部を有する箱状のケーシング本体と、前記ケーシング本体の上方開口部を閉塞する天板とを有し、
前記ケーシング本体は、背面壁と、正面壁と、ドレン排水口を有する底壁と、一対の側壁とを有しており、
前記各吸熱管は、前記ケーシング内で、直線部と円弧状折り返し部とが繰り返して連続する配管構造を有し、
前記複数の吸熱管は、前記天板と前記底壁との間で少なくとも前記円弧状折り返し部が重なるように配置されており、
前記円弧状折り返し部は、前記吸熱管が重ねられる方向に扁平化された断面扁平形状を有し、
前記天板及び底壁はそれぞれ、前記ケーシングの内部に向かって突出する上突出部及び下突出部を有し、
前記上突出部は、前記天板側に位置する最上段の円弧状折り返し部に当接し、前記下突出部は、前記底壁側に位置する最下段の円弧状折り返し部に当接する、潜熱熱交換器が提供される。

上記潜熱熱交換器によれば、天板と底壁との間に重なるように配列された吸熱管の円弧状折り返し部が断面扁平形状を有するため、断面円形形状の吸熱管に比べて各吸熱管を密に配設することができ、それによって吸熱管が重ねられる方向の高さを抑えることができる。また、吸熱管の配設密度が高くなるため、吸熱管に接触することなく排出される無駄な燃焼排気の量が少なくなり、それによって高い熱効率を得ることができる。さらに、上記のように、天板と底壁との間で複数の吸熱管が重ねられている場合、吸熱管の振動や変形が生じやすいが、上記潜熱熱交換器によれば、天板及び底壁がそれぞれ、ケーシング内部に向かって突出する上突出部及び下突出部を有しており、これらの上突出部及び下突出部が上記扁平化された円弧状折り返し部に当接しているから、吸熱管を固定する固定部材を別に用いることなく、吸熱管を安定に固定することができる。さらに、吸熱管を固定するための別部材がケーシング内に設けられないため、燃焼排気を効率的に吸熱管に接触させることができる。

好ましくは、上記潜熱熱交換器において、
前記各吸熱管は、前記ケーシング内で、前記一方側壁と前記他方側壁との間で延在する直線部と、前記一方側壁側及び前記他方側壁側の両端に位置する円弧状折り返し部とが繰り返して連続する配管構造を有し、
前記天板は、前記一方側壁側及び前記他方側壁側の両端にそれぞれ前記上突出部を有し、
前記両端の上突出部はそれぞれ、前記最上段の両端の円弧状折り返し部に当接し、
前記底壁は、前記一方側壁側及び前記他方側壁側の両端にそれぞれ前記下突出部を有し、
前記両端の下突出部はそれぞれ、前記最下段の両端の円弧状折り返し部に当接する。

上記潜熱熱交換器によれば、ケーシング内の一方側壁側と他方側壁側の両端に扁平化された円弧状折り返し部が形成され、それら両端の円弧状折り返し部の最上段及び最下段がそれぞれ、天板及び底壁に設けられた上突出部及び下突出部と当接しているから、より安定に吸熱管をケーシング内に固定することができる。

好ましくは、上記潜熱熱交換器において、前記背面壁、前記正面壁、前記底壁、前記一方側壁、及び前記他方側壁は、一枚の金属板を絞り加工することにより一体成形されており、
前記一方側壁は、前記吸熱管の上流端が挿通される上流端挿通孔及び前記吸熱管の下流端が挿通される下流端挿通孔を有し、
前記流入ヘッダ及び前記流出ヘッダはそれぞれ、前記一方側壁の外部に配置されているとともに、前記上流端挿通孔及び下流端挿通孔を通って前記一方側壁の外部に導出される前記吸熱管の上流端及び下流端と接続されているものを用いることができる。

上記潜熱熱交換器によれば、一方側壁や他方側壁に吸熱管の固定部を設けることができない場合でも、ケーシング内で安定に吸熱管を固定することができる。

そして、本発明によれば、上記に記載の潜熱熱交換器を有する給湯装置が提供される。

以上説明したように、本発明によれば、固定部材を別途用いることなく、天板及び底壁にそれぞれ形成された上突出部及び下突出部により吸熱管を安定に固定することができる。そのため、本発明によれば、小型で高熱効率の潜熱熱交換器を少ない部品点数で安価に提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る潜熱熱交換器の一例を示す概略斜視図である。 図２は、図１の概略分解斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る潜熱熱交換器の他方側壁側の内部構造を示す部分概略断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る側方整流板を示す概略斜視図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る吸熱管を示す概略斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る吸熱管の円弧状折り返し部を示す概略断面図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る吸熱管の直線部を示す概略断面図である。 図８は、図１のＡ−Ａ線の切断面を示す概略断面図である。 図９は、本発明の実施の形態１に係るケーシング本体と天板とをかしめ加工により接合する工程を示す部分概略断面図であり、図９（Ａ）は接合前を、図９（Ｂ）は接合後を示す。 図１０は、本発明の実施の形態１に係る給湯装置の一例を示す概略構成図である。 図１１は、本発明の実施の形態２に係る潜熱熱交換器の一例を示す概略斜視図である。 図１２は、本発明の実施の形態２に係る給湯装置の一例を示す概略構成図である。 図１３は、従来の潜熱熱交換器の一形態を示す概略平面断面図である。 図１４は、図１３の支持体を示す概略斜視図である。 図１５は、従来の潜熱熱交換器の他の形態を示す概略平面断面図である。 図１６は、図１５の吸熱管の固定手段を示す部分概略正面断面図である。 図１７は、従来の吸熱管の固定手段を示す部分概略正面断面図である。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態の潜熱熱交換器、及びこの潜熱熱交換器を有する給湯装置について具体的に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る潜熱熱交換器の一例を示す概略斜視図であり、図２は、図１の概略分解斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る潜熱熱交換器１のケーシング２は、上方開口部１６を有する箱状のケーシング本体１０と、ケーシング本体１０の上方開口部１６を閉塞する天板４０とを有している。これらケーシング本体１０及び天板４０はそれぞれ、ステンレスなどの耐腐食性を有する金属板から形成される。

ケーシング本体１０は、背面壁１１、正面壁１２、底壁１３、一方側壁１４、及び他方側壁１５を有しており、一枚の金属板を絞り加工することにより、上方開口部１６を有する箱状に一体成形されている。より詳細にこれを説明すると、一定方向に延びた平板状の底壁１３の前後両側縁部から背面壁１１及び正面壁１２が起立し、これらがコーナ部を介して一体に繋がっており、底壁１３の左右両側縁部から一方側壁１４及び他方側壁１５が起立し、これらがコーナ部を介して一体に繋がっている。さらに、背面壁１１及び正面壁１２の左右両側縁部はそれぞれ、コーナ部を介して一方側壁１４及び他方側壁１５と一体に繋がっている。これにより、ケーシング本体１０には、背面壁１１、正面壁１２、底壁１３、及び両側面壁１４，１５で囲まれた上方開口部１６を有する内部空間が形成される。また、本実施の形態では、背面壁１１、正面壁１２、及び両側面壁１４，１５の開放端には、ケーシング本体１０と天板４０とをかしめ加工により接合するときに天板４０を載置するための各壁１１，１２，１４，１５を水平方向に屈曲させた載置部１０１と、かしめ加工により天板４０をかしめるための載置部１０１から上方に屈曲させた上フランジ部１０２とが連設されている。

なお、ケーシング本体１０は、全ての構成壁１１，１２，１３，１４，１５を上記のように絞り加工により形成する必要はなく、別部材の構成壁を溶接やロウ付けにより接合して形成してもよい。ただし、上記のように一枚の金属板を絞り加工することにより形成されたケーシング本体１０であれば、ケーシング本体１０の製造にあたって、溶接作業やロウ付け作業を行なう必要がない。また、このケーシング本体１０を有するケーシング２の下方には溶接やロウ付けによる接合部が形成されないから、ドレンが発生しても、該ケーシング２の下方におけるドレンの滞留を低減することができる。さらに、背面壁１１、正面壁１２、底壁１３、一方側壁１４、及び他方側壁１５が絞り加工により一体成形されていれば、少ない部品点数で簡易にケーシング２を作製することができる。特に、このような絞り加工で形成されたケーシング本体１０を用いた場合、後述するように、吸熱管５０と一方側壁１４の外部に配置された流入ヘッダ６０及び流出ヘッダ７０とを接続すると、他方側壁１５側でケーシング２内に一定の空間が形成される。従って、この場合、従来のように他方側壁１５を変形させた固定部で吸熱管５０を固定できないため、本実施の形態の吸熱管５０の固定手段が有用である。

背面壁１１及び正面壁１２の上下左右略中央部にはそれぞれ、給湯装置の器具本体に潜熱熱交換器１が取り付けられた際に、燃焼排気が導入される排気入口１１１及び燃焼排気が導出される排気出口１２１が横長矩形状に形成されている。これにより、ケーシング２内に排気入口１１１から排気出口１２１を連通する燃焼排気の通路が形成される。なお、排気入口１１１及び排気出口１２１の形状及び開口箇所は、使用形態に応じて適宜変更されてもよい。例えば、給湯装置の使用形態に応じて、底壁１３に排気入口１１１が、天板４０に排気出口１２１が形成されてもよい。

底壁１３は、ドレン発生時にドレンを円滑にケーシング２の外部に排出させるため、背面壁１１側から正面壁１２側に向かって下方に傾斜しており、この傾斜の最下位の位置に、ドレンを排出するためのドレン排水口１７が設けられている。このドレン排水口１７は、ドレン排出管を介して中和器と接続される。また、底壁１３には、ケーシング本体１０と天板４０とが接合された際に、左右方向の両端（一方側壁１４側と他方側壁１５側の両端）でケーシング２の内部に向かって突出する下突出部１３１，１３１が絞り加工により形成されている。この下突出部１３１は、後述するように最下段に位置する吸熱管５０の円弧状折り返し部５２に当接する位置に設けられている。

一方側壁１４の前後方向の両端（背面壁１１側と正面壁１２側の両端）には、吸熱管５０の上流端５３が挿通される上流端挿通孔１４１及び吸熱管５０の下流端５４が挿通される下流端挿通孔１４２がそれぞれ吸熱管５０の数だけバーリング加工により穿設されている。本実施の形態においては、上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２はそれぞれ、２列で、且つ千鳥状に配列されている。これら挿通孔１４１，１４２の数及び配列は、吸熱管５０の数に応じて適宜選択される。他方側壁１５は、上記の上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２が形成されていない以外は、上記一方側壁１４と同様である。なお、流入ヘッダ６０を一方側壁１４側に設け、流出ヘッダ７０を他方側壁１５側に設ける場合には、一方側壁１４に上流端挿通孔１４１が形成され、他方側壁１５に下流端挿通孔１４２が形成される。

天板４０は、平板状の天板本体部４１と、天板本体部４１の周縁を全周に渡って上方に屈曲させた起立片部４２と、起立片部４２を全周に渡って水平方向に折り返した下フランジ部４３とを有している。この天板４０は、ケーシング本体１０と同様に、一枚の金属板を絞り加工することにより形成されている。起立片部４２は、ケーシング本体１０の背面壁１１、正面壁１２、一方側壁１４、及び他方側壁１５で囲まれた上方開口部１６の内周縁に内嵌する大きさに形成されており、下フランジ部４３は、載置部１０１上に載置される大きさに形成されている。また、天板本体部４１には、ケーシング本体１０と天板４０とが接合された際に、左右方向の両端（一方側壁１４側と他方側壁１５側の両端）でケーシング２の内部に向かって突出する上突出部１４４，１４４が絞り加工により形成されている。この上突出部１４４は、後述するように最上段に位置する吸熱管５０の円弧状折り返し部５２に当接する位置に設けられている。

図３及び図４に示すように、天板４０の他方側壁１５側の下面には、ケーシング本体１０と天板４０とを接合したときに、ケーシング２内で燃焼排気の通路方向に沿って延びる平板状の側方整流板４５の上端が溶接により接合されている。すなわち、本実施の形態の潜熱熱交換器１では、絞り加工により一体成形されたケーシング本体１０が用いられるため、吸熱管５０と一方側壁１４の外部に配置された流入ヘッダ６０及び流出ヘッダ７０とを接続するためには、一方側壁１４から吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４を導出させる必要がある。そのため、吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４をそれぞれ、一方側壁１４の上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２に挿通させると、他方側壁１５側の円弧状折り返し部５２の端部と他方側壁１５の内面との間に一定の大きさの空間が生ずることとなる。その結果、排気入口１１１から導入される燃焼排気が抵抗の少ない該空間に流れてしまい、燃焼排気が吸熱管５０に効率的に接触せず、熱効率が低下する虞がある。しかしながら、上記のように他方側壁１５側の円弧状折り返し部５２の端部と他方側壁１５の内面との間の空間に側方整流板４５を設ければ、側方整流板４５によって燃焼排気が吸熱管５０側に流れるため、燃焼排気が吸熱管５０と接触しやすくなり、熱効率を高めることができる。そして、側方整流板４５の上端が天板４０の下面と接合されていれば、側方整流板４５が接合された天板４０でケーシング本体１０の上方開口部１６を閉塞するだけでケーシング２を組み立てることができる。

また、本実施の形態の側方整流板４５は、図４に示すように、上端に天板４０の下面と接合するための接合部４５０を有する平板部４５１と、排気入口１１１側及び排気出口１２１側の両端から吸熱管５０側に向かって湾曲するように傾斜する傾斜面４５２，４５２とから形成されている。これにより、排気入口１１１からケーシング２内に導入された燃焼排気が排気入口１１１側及び排気出口１２１側で傾斜面４５２，４５２に沿って流れるため、燃焼排気が吸熱管５０により接触しやすくなり、さらに熱効率を高めることができる。なお、傾斜面４５２，４５２は、直線形状で形成されてもよい。

さらに、図３に示すように、側方整流板４５は、その下端が底壁１３に当接しないように設けられている。側方整流板４５が底壁１３に当接するほど延設していると、燃焼排気がケーシング２内を通過する際、側方整流板４５の振動が天板４０及び底壁１３の両方に伝達され、騒音が発生しやすい。しかしながら、側方整流板４５が天板４０の下面のみに当接し、底壁１３に当接していなければ、そのような騒音を防止することができる。また、ドレンの流れが遮られず、円滑にドレンを排出できるとともに、底壁１３と側方整流板４５との間で接合部が形成されないから、ドレンによる隙間腐食を懸念する必要もない。

図２に戻って、天板４０には、天板４０の正面壁１２側の下面から排気出口１２１の開口部上縁全体に向かって下方に傾斜する上方整流板４６が接合されている。これにより、排気入口１１１から導入された燃焼排気は上方からも吸熱管５０側に押さえつけられ、燃焼排気がより吸熱管５０に接触しやすくなるとともに、排気出口１２１側で燃焼排気が上方整流板４６に沿って排気出口１２１から円滑に排出されやすくなる。

ケーシング２内には、被加熱流体である水道水が流れる複数の吸熱管５０（本実施の形態では、５本）が燃焼排気が通過可能な程度の隙間を空けて蛇行状態で収容されている。これら各吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４はそれぞれ、既述した一方側壁１４の上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２から一方側壁１４の外部に導出される。

図５は、複数の吸熱管５０のうちの１つを示す概略斜視図である。本実施の形態の吸熱管５０は、ステンレスなどの耐腐食性を有する金属からなるコルゲート管（谷部と山部が軸線方向に交互に連続する外面形状を有する管）の複数箇所に曲げ加工を施して、直線部５１と円弧状折り返し部５２とが繰り返して連続する配管構造を有しており、直線部５１と円弧状折り返し部５２を一つの平面で蛇行させた波形の形状を有している（ただし、図１、図２などでは、煩雑化を避けるため、直線部５１の一部のみがコルゲート管で表わされている）。各吸熱管５０は、一方側壁１４と他方側壁１５との間の左右方向に直線部５１が延在し、左右方向の両端（一方側壁１４側と他方側壁１５側の両端）に円弧状折り返し部５２が位置するように、ケーシング２内に収容されている。なお、直線部５１と円弧状折り返し部５２とが連結された吸熱管５０を複数用い、これらの吸熱管５０が螺旋状態でケーシング２内に配置されてもよい。

吸熱管５０の円弧状折り返し部５２は、図５及び図６に示すように、吸熱管５０が重ねられる方向に扁平化された断面扁平形状を有している。なお、図６は吸熱管５０の谷部を切断した形状を示している。一方、吸熱管５０の直線部５１の谷部は、図７に示すように、断面円形形状を有している。

図２及び図３に示すように、各吸熱管５０は、扁平に加工された円弧状折り返し部５２で重ね合わされている。これにより、吸熱管５０が重ね合わせられる方向で隣接する吸熱管５０の距離を狭くすることができ、吸熱管５０が密に配設され、潜熱熱交換器１を小型化できるとともに、燃焼排気を吸熱管５０により効率的に接触させることができる。

また、重ね合わされる吸熱管５０相互は屈曲する波形の波長方向に半ピッチだけずれている。すなわち、図２において、上から二段目と下から二段目の吸熱管５０に対してこれらに隣接する吸熱管５０は燃焼排気の上流方向（排気入口１１１側）に半ピッチずれた位置に設けられている。

さらに、左右方向の両端（一方側壁１４側と他方側壁１５側の両端）に位置する最上段の吸熱管５０の扁平化された円弧状折り返し部５２及び最下段の吸熱管５０の扁平化された円弧状折り返し部５２はそれぞれ、既述した天板４０に設けられた上突出部１４４及び底壁１３に設けられた下突出部１３１と当接している。これにより、吸熱管５０を固定するための別部材を用いることなく、ケーシング２内で吸熱管５０を安定に固定することができる。また、ウォータハンマー現象などによる吸熱管５０の振動を抑制できる。さらに、吸熱管５０を固定するために、燃焼排気の通路内に吸熱管５０以外の別部材が配置されないため、燃焼排気を効率的に吸熱管５０に接触させることができる。

既述したように、吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４はそれぞれ、ケーシング本体１０の一方側壁１４に穿設された上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２を通ってケーシング２の外部に導出されているとともに、導出された上流端５３及び下流端５４はそれぞれ、図１に示すように、一方側壁１４の外部に配置された流入ヘッダ６０及び流出ヘッダ７０と接続されている。このように、各吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４はそれぞれ、流入ヘッダ６０及び流出ヘッダ７０と連結されて全体として並列接続されており、これにより、吸熱管５０が直列接続された場合に比べて通水抵抗の軽減が図られる。

吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４がそれぞれ接続される流入ヘッダ６０及び流出ヘッダ７０は、ケーシング本体１０の一方側壁１４の外部に配置されている。ただし、既述したように、流入ヘッダ６０及び流出ヘッダ７０はそれぞれ、一方側壁１４側及び他方側壁１５側に配置されてもよいし、絞り加工により形成されたケーシング本体１０が用いられない場合には、ケーシング２の内部に流入ヘッダ６０及び流出ヘッダ７０が配置されてもよい。

図１、図２、及び図１のＡ−Ａ線の切断面を表わす図８に示すように、これらの両ヘッダ６０，７０は、器状のヘッダ本体６１，７１と、ヘッダ本体６１，７１に内嵌状態で嵌合する器状のヘッダ蓋体６４，７４とを有し、ヘッダ本体６１，７１とヘッダ蓋体６４，７４の各開口部が対向するようにこれらがロウ付けにより接合されて形成されている。なお、本実施の形態の流出ヘッダ７０は、流入ヘッダ６０のヘッダ蓋体６４を上下反転させたヘッダ蓋体７４が用いられている以外は流入ヘッダ６０と同様の構成を有する。このため、以下では、主として流入ヘッダ６０を例に挙げて説明する。

図８によく現れているように、ヘッダ本体６１は、吸熱管５０の上流端５３が接続される接続孔１６０が穿設された本体底板６２と、ヘッダ本体６１とヘッダ蓋体６４とが嵌合されたときに、本体底板６２の周縁からヘッダ蓋体６４側に向かって立設し、ヘッダ蓋体６４側に開放する本体周壁６３とを有する。

ヘッダ本体６１の本体周壁６３は、ヘッダ本体６１にヘッダ蓋体６４が嵌合されたときに、本体開放端６３０の少なくとも一部が断面方向において蓋体底板６５の外周面以上の高さとなるように延設されている。また、図２に示すように、ヘッダ本体６１の本体周壁６３は、一対の長辺部６３ａと一対の短辺部６３ｂとを有する略矩形に形成されている。さらに、図８に示すように、これら長辺部６３ａと短辺部６３ｂの本体開放端６３０は外方に広がるように形成されている。これにより、ヘッダ本体６１とヘッダ蓋体６４とをロウ付けする際に、本体周壁６３の内面と蓋体周壁６６の外面との間に、ロウ溜まり部Ｍが形成される。その結果、本体周壁６３の内面と蓋体周壁６６の外面との間のロウ付けされる接合面積を増加させることができるだけでなく、ロウ溜まり部Ｍでロウ材が広がるため、本体開放端６３０の端面のみにロウ材を塗布する場合に比べて、ロウ付け工程で不要な部分へのロウ材の付着も防止できる。

また、本実施の形態のヘッダ本体６１の対向する長辺部６３ａの本体開放端６３０にはそれぞれ、ヘッダ本体６１とヘッダ蓋体６４とが嵌合されたときに、ヘッダ蓋体６４側に折り曲げられる爪部６７，６７が形成されている。これらの爪部６７，６７は、短辺部６３ｂ方向で重ならないように形成されている。上記のような本体周壁６３の本体開放端６３０にヘッダ蓋体６４側に折り曲げられる爪部６７を設けることにより、ヘッダ蓋体６４がヘッダ本体６１に嵌合された後、ヘッダ蓋体６４の外周面に当接する爪部６７がヘッダ蓋体６４の動きを抑え、ヘッダ蓋体６４のずれが確実に防止される。また、長辺部６３ａの本体開放端６３０に爪部６７が形成されれば、給水管が接続される流入口１６４を避けて、ヘッダ本体６１にヘッダ蓋体６４を固定することができる。爪部６７の数は、ヘッダ本体６１の大きさに応じて、１つだけであってもよいし、３つ以上であってもよい。

ヘッダ本体６１と接合されるヘッダ蓋体６４は、蓋体底板６５と、ヘッダ本体６１とヘッダ蓋体６４とが嵌合されたときに、蓋体底板６５の周縁からヘッダ本体６１側に向かって立設し、ヘッダ本体６１側に開放する蓋体周壁６６とを有する。この蓋体周壁６６は、蓋体周壁６６の外面が本体周壁６３の内面に内嵌するように、ヘッダ本体６１の本体周壁６３と同様に、一対の長辺部と一対の短辺部とを有する略矩形に形成されている。

図２に示すように、蓋体底板６５の上端近傍及び蓋体底板７５の下端近傍にはそれぞれ、バーリング加工により流入口１６４及び流出口（図示せず）が形成されている。これら流入口１６４または流出口には、給水管または顕熱熱交換器の管体の上流端に繋がる接続管を接続させるためのジョイント筒６８，７８が装着される。これにより、流入ヘッダ６０から流出ヘッダ７０に複数の吸熱管５０を介して被加熱流体が流れ、燃焼排気中の水蒸気が吸熱管５０の外面で凝縮して、潜熱が回収される。

次に、本実施の形態の潜熱熱交換器の作製方法の一例について具体的に説明する。

潜熱熱交換器１の作製にあたっては、まず絞り加工により形成されたケーシング本体１０の一方側壁１４の上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２に、各吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４をそれぞれ挿通させ、一方側壁１４から吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４を所定長さ導出させる。そして、導出させた吸熱管５０の外面と上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２との境界にロウ材（ペースト状のニッケルロウ材など）を塗布する。次いで、導出させた吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４をそれぞれ、ヘッダ本体６１，７１の接続孔１６０，１７０に挿通させ、上流端５３及び下流端５４の外面と接続孔１６０，１７０との境界にロウ材を塗布する。なお、ロウ材は、一方側壁１４の上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２の内面や、ヘッダ本体６１，７１の接続孔１６０，１７０の内面に塗布しておいてもよい。

上記とは別に、予めヘッダ蓋体６４，７４の流入口１６４及び流出口にジョイント筒６８，７８を嵌め込み、境界にロウ材を塗布してこれらを仮固定する。そして、ヘッダ蓋体６４，７４の開口部がヘッダ本体６１，７１の開口部と対向するように、ヘッダ蓋体６４，７４をヘッダ本体６１，７１の本体周壁６３，７３に設けられた治具押えＰ，Ｐと押込み治具（図示せず）との間に配置し、押込み治具でヘッダ蓋体６４，７４をヘッダ本体６１，７１に圧入する。圧入後、本体周壁６３，７３の本体開放端６３０，７３０に設けられた爪部６７，７７をヘッダ蓋体６４，７４側に折り曲げ、さらに本体周壁６３，７３の内面と蓋体周壁６６，７６の外面との間に形成されたロウ溜まり部Ｍにロウ材を塗布する。なお、この際、爪部６７，７７がヘッダ蓋体６４，７４側に折り曲げられているが、ロウ材の浸透力により爪部６７，７７の基部にもロウ材が浸透する。

次いで、図９（Ａ）に示すように、ケーシング本体１０の上方開口部１６の周縁に設けられた載置部１０１上に天板４０の下フランジ部４３が載置されるように、ケーシング本体１０上に天板４０を配置する。なお、このとき、天板４０に設けられた上突出部１４４及び底壁１３に設けられた下突出部１３１はそれぞれ、最上段及び最下段の吸熱管５０の円弧状折り返し部５２に当接する。また、天板４０の他方側壁１５側の下面に設けられた側方整流板４５は、他方側壁１５側の円弧状折り返し部５２の端部と他方側壁１５の内面との間に形成された空間に挿入され、天板４０の正面壁１２側の下面に設けられた上方整流板４６は、天板４０の下面から排気出口１２１の開口部上縁全体に向かって下方に傾斜するように配置される。

そして、図９（Ｂ）に示すように、天板４０の下フランジ部４３に対して、ケーシング本体１０の上フランジ部１０２を折り曲げるかしめ加工を行い、ケーシング本体１０の上方開口部１６を天板４０で閉塞する。これにより、吸熱管５０や流入ヘッダ６０などが仮固定されたサブアッセンブリが組み立てられる。既述したように、本実施の形態では、ケーシング本体１０が一枚の金属板を絞り加工することにより一体成形されており、ドレンの影響の少ないケーシング本体１０の上方開口部１６のみが天板４０で閉塞されるため、溶接やロウ付けを行うことなく、かしめ加工によりケーシング本体１０と天板４０とを接合するだけで、耐腐食性に優れるケーシング２を作製することができる。

最後に、上記サブアッセンブリが加熱炉に投入され、炉中でロウ付け処理が行なわれる。これによりロウ材が塗布された箇所で各部材がロウ付けされ、潜熱熱交換器１が作製される。また、ロウ付け処理中にケーシング本体１０及び吸熱管５０が熱処理（固溶化処理）されるため、深絞り加工によって生じた残留応力及び円弧状折り返し部５２における残留応力が除去され、強酸性のドレンとの接触があっても、応力腐食割れの発生を防止できる。

次に、本実施の形態の給湯装置の一例について具体的に説明する。

図１０は、本実施の形態の給湯装置を示す概略構成図である。器具本体（図示せず）内には、顕熱熱交換器３と上記潜熱熱交換器１とが備えられている。

図１０に示すように、顕熱熱交換器３は、潜熱熱交換器１の下方に配設されている。また、顕熱熱交換器３の下方には、ガス供給管から供給されるガスを燃焼させるガスバーナ４が配設されており、さらにガスバーナ４の下方には、ガスバーナ４に燃焼用空気を送風する送風ファン５が配設されている。

顕熱熱交換器３は、並設された多数のフィン群３３２と、これらフィン群３３２を貫通する蛇行状の管体３３１とから構成されている。顕熱熱交換器３と潜熱熱交換器１とは、潜熱熱交換器１のケーシング本体１０の底壁１３によって、上下に区画されている。

顕熱熱交換器３と潜熱熱交換器１とは、既述した排気入口１１１を介して連通しており、顕熱熱交換器３から排気入口１１１を介して潜熱熱交換器１内に送られた燃焼排気は、潜熱熱交換器１内を通過した後、排気出口１２１から器具本体の外部に排出される。

本実施の形態の給湯装置では、ガスバーナ４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３及び潜熱熱交換器１が加熱され、顕熱熱交換器３によって前記燃焼排気の顕熱が吸収されるとともに、潜熱熱交換器１によって前記顕熱が吸収された後の燃焼排気から潜熱が吸収される。このとき、ケーシング２内に導入される燃焼排気及び吸熱管５０内を流れる被加熱流体が吸熱管５０を振動させるが、本実施の形態の潜熱熱交換器１は、ケーシング２内で吸熱管５０が安定に固定されているため、給湯装置の作動時における吸熱管５０の振動を抑えることができる。また、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１内で強酸性のドレンが生成され、潜熱熱交換器１内で発生したドレンはケーシング本体１０の底壁１３上に滴下する。しかしながら、既述したように、本実施の形態の潜熱熱交換器１は、絞り加工により一体成形されたケーシング本体１０を有するため、ケーシング２の下方に溶接やロウ付けによる接合部がなく、それゆえケーシング２の下方でドレンの滞留が低減されており、底壁１３に設けられたドレン排水口１７から中和器にドレンを円滑に排出させることができる。その結果、ドレンによるケーシング２の腐食を抑えることができ、高い耐久性を有する給湯装置を得ることができる。

流入ヘッダ６０のジョイント筒６８は、水道管などの給水源からの冷水を導く給水管と接続されており、流出ヘッダ７０のジョイント筒７８は、顕熱熱交換器３の管体３３１の上流端に連通する接続管と接続されている。従って、給水管からの冷水は、潜熱熱交換器１及び顕熱熱交換器３を通過する間に加熱されて温水となり、顕熱熱交換器３の管体３３１の下流端が接続されている出湯管から、浴室や台所などの給湯端末へ送られる。

（実施の形態２）
上記実施の形態１では、１つの加熱回路を有する給湯装置に用いられる潜熱熱交換器について説明したが、本実施の形態では、２つの加熱回路を有する給湯装置に用いられる潜熱熱交換器について説明する。なお、実施の形態１における潜熱熱交換器及び給湯装置と同様の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。

図１１は、本実施の形態の潜熱熱交換器１ａを背面側から見た概略斜視図である。

図に示すように、潜熱熱交換器１ａのケーシングは、実施の形態１と同様に、ケーシング本体１０と、ケーシング本体１０の上方開口部を閉塞する天板４０とからなるが、ケーシングの内部は仕切壁Ｗにより一方側壁１４側の第１の領域と他方側壁１５側の第２の領域とに画成され、左右方向で並列する各領域に第１の吸熱管５０ａと第２の吸熱管５０ｂが収容されている。これら第１及び第２の吸熱管５０ａ，５０ｂの構成は、上記実施の形態１のそれと同様である。

ケーシング本体１０は、実施の形態１と同様に、絞り加工により背面壁１１、正面壁１２、底壁１３、一方側壁１４、及び他方側壁１５が一体成形されている。ただし、本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、別部材からなる各構成壁１１，１２，１３，１４，１５を溶接またはロウ付けして作製されるケーシング本体１０を用いてもよい。

背面壁１１には、第１の領域及び第２の領域のそれぞれに燃焼排気を導入するために２つの排気入口１１１ａ，１１１ｂが開口されている。また、図１２に示すように、正面壁１２には、第１及び第２の領域と連通する１つの排気出口１２１が形成されているが、背面壁１１と同様に、２つの排気出口を設けてもよい。さらに、図示しないが、一方側壁１４には、第１の吸熱管５０ａの上流端及び下流端がそれぞれ挿通される第１の上流端挿通孔及び第１の下流端挿通孔が穿設されており、他方側壁１５には、第２の吸熱管５０ｂの上流端及び下流端が挿通される第２の上流端挿通孔及び第２の下流端挿通孔が穿設されている。そして、底壁１３には、第１の吸熱管５０ａ及び第２の吸熱管５０ｂの円弧状折り返し部と当接する下突出部１３１、及びドレンを排出するためのドレン排水口１７が設けられている。

従って、本実施の形態の潜熱熱交換器１ａにおいても、固定部材を別途用いることなく、天板４０及び底壁１３にそれぞれ形成された上突出部１４４及び下突出部１３１により第１及び第２の吸熱管５０ａ，５０ｂを安定に固定することができる。これにより、給湯装置の作動時における第１及び第２の吸熱管５０ａ，５０ｂの振動を抑えることができる。また、ケーシング本体１０は溶接やロウ付けされた接合部を有しておらず、ケーシング本体１０の組み立てに溶接作業やロウ付け作業を行なう必要がない。また、ケーシングの下方に溶接やロウ付けによる接合部が形成されないから、ドレンが発生しても、該ケーシングの下方におけるドレンの滞留を低減することができる。さらに、背面壁１１、正面壁１２、底壁１３、一方側壁１４、及び他方側壁１５が絞り加工により一体成形されているため、少ない部品点数で簡易にケーシングを作製することができる。そして、ドレンの影響の少ないケーシング本体１０の上方開口部のみが天板４０で閉塞されるため、溶接やロウ付けを行うことなく、かしめ加工によりケーシング本体１０と天板４０とを接合するだけで、耐腐食性に優れるケーシングを作製することができる。

天板４０は、実施の形態１と同様の構成を有しているが、側方整流板４５は、一方側壁１４側の第１の領域のみに設けられている。なお、第２の領域にも側方整流板を設けることもできるが、例えば、第２の吸熱管５０ｂを収容した後で仕切壁Ｗを設ければ、仕切壁Ｗを第２の吸熱管５０ｂの円弧状折り返し部の端部に近づけて配置することができる。従って、本実施の形態では、側方整流板４５は、第１の領域または第２の領域のいずれかに設ければよい。

また、一方側壁１４の外部には、第１の吸熱管５０ａの上流端及び下流端とそれぞれ接続される第１の流入ヘッダ６０ａ及び第１の流出ヘッダ７０ａが配置されており、他方側壁１５の外部には、第２の吸熱管５０ｂの上流端及び下流端とそれぞれ接続される第２の流入ヘッダ６０ｂ及び第２の流出ヘッダ７０ｂが配置されている。なお、これらのヘッダは、いずれも実施の形態１と同様のヘッダ本体及びヘッダ蓋体を有する。

図１２は、上記潜熱熱交換器１ａを有する給湯装置の一例を示す概略構成図である。

この給湯装置においては、第１のガスバーナ４ａによって発生された燃焼排気が送風ファン５ａによって第１の顕熱熱交換器３ａに送られて顕熱が回収され、さらに潜熱熱交換器１ａの第１の領域に送られて潜熱が回収される。同様に、第２のガスバーナ４ｂによって発生された燃焼排気が送風ファン５ｂによって第２の顕熱熱交換器３ｂに送られて顕熱が回収され、さらに潜熱熱交換器１ａの第２の領域に送られて潜熱が回収される。この給湯装置によれば、例えば、一方の加熱回路を温水加熱回路に使用し、他方の加熱回路を暖房用加熱回路に使用することができる。

１ 潜熱熱交換器
２ ケーシング
１０ ケーシング本体
１１ 背面壁
１２ 正面壁
１３ 底壁
１４ 一方側壁
１５ 他方側壁
１６ 上方開口部
１７ ドレン排水口
４０ 天板
５０ 吸熱管
５１ 直線部
５２ 円弧状折り返し部
６０，６０ａ，６０ｂ 流入ヘッダ
７０，７０ａ，７０ｂ 流出ヘッダ
１１１ 排気入口
１２１ 排気出口
１３１ 下突出部
１４１ 上流端挿通孔
１４２ 下流端挿通孔
１４４ 上突出部

Claims (4)

1. 内部に燃焼排気の通路を有するケーシングと、前記ケーシング内に収容される複数の吸熱管と、前記各吸熱管に被加熱流体を導入する流入ヘッダと、前記各吸熱管から被加熱流体を導出する流出ヘッダとを備える潜熱熱交換器であって、
   前記ケーシングは、上方開口部を有する箱状のケーシング本体と、前記ケーシング本体の上方開口部を閉塞する天板とを有し、
   前記ケーシング本体は、背面壁と、正面壁と、ドレン排水口を有する底壁と、一対の側壁とを有しており、
   前記各吸熱管は、前記ケーシング内で、直線部と円弧状折り返し部とが繰り返して連続する配管構造を有し、
   前記複数の吸熱管は、前記天板と前記底壁との間で少なくとも前記円弧状折り返し部が重なるように配置されており、
   前記円弧状折り返し部は、前記吸熱管が重ねられる方向に扁平化された断面扁平形状を有し、
   前記天板及び底壁はそれぞれ、前記ケーシングの内部に向かって突出する上突出部及び下突出部を有し、
   前記上突出部は、前記天板側に位置する最上段の円弧状折り返し部に当接し、前記下突出部は、前記底壁側に位置する最下段の円弧状折り返し部に当接する、潜熱熱交換器。
2. 請求項１に記載の潜熱熱交換器であって、
   前記各吸熱管は、前記ケーシング内で、前記一方側壁と前記他方側壁との間で延在する直線部と、前記一方側壁側及び前記他方側壁側の両端に位置する円弧状折り返し部とが繰り返して連続する配管構造を有し、
   前記天板は、前記一方側壁側及び前記他方側壁側の両端にそれぞれ前記上突出部を有し、
   前記両端の上突出部はそれぞれ、前記最上段の両端の円弧状折り返し部に当接し、
   前記底壁は、前記一方側壁側及び前記他方側壁側の両端にそれぞれ前記下突出部を有し、
   前記両端の下突出部はそれぞれ、前記最下段の両端の円弧状折り返し部に当接する、潜熱熱交換器。
3. 請求項１または２に記載の潜熱熱交換器であって、
   前記背面壁、前記正面壁、前記底壁、前記一方側壁、及び前記他方側壁は、一枚の金属板を絞り加工することにより一体成形されており、
   前記一方側壁は、前記吸熱管の上流端が挿通される上流端挿通孔及び前記吸熱管の下流端が挿通される下流端挿通孔を有し、
   前記流入ヘッダ及び前記流出ヘッダはそれぞれ、前記一方側壁の外部に配置されているとともに、前記上流端挿通孔及び下流端挿通孔を通って前記一方側壁の外部に導出される前記吸熱管の上流端及び下流端と接続されている、潜熱熱交換器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の潜熱熱交換器を有する給湯装置。
   

Images