JP2013133955A - 潜熱熱交換器、及び給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、高熱効率を有するとともに、簡易に製造可能な潜熱熱交換器、及び該潜熱熱交換器を用いた給湯装置を提供する。
【解決手段】ケーシング本体１０の背面壁１１、正面壁１２、底壁１３、一方側壁１４、及び他方側壁１５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、一方側壁１４は、前後方向の両端部１４０，１４０にそれぞれ、吸熱管５０を導出するための上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２を有するとともに、両端部１４０，１４０の間に、外方に膨出する第１膨出部１４５を有しており、吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４はそれぞれ、一方側壁１４の上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２を通って一方側壁１４の外部に配置された流入ヘッダ６０及び流出ヘッダ７０と接続される。
【選択図】図２

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、例えば、特許文献１や特許文献２のものが提案されている。これらの潜熱熱交換器においては、図６や図８に示すように、燃焼排気が流れるケーシング内に、直管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備えた吸熱管８２０，９２０が蛇行状態や螺旋状態で複数配設されている。そして、各吸熱管８２０，９２０に被加熱流体を流通させるために、ケーシングの一方側壁８１４，９１４側に設けた流入ヘッダ８３０，９３０及び流出ヘッダ８４０，９４０にそれぞれ、各吸熱管８２０，９２０の上流端及び下流端が接続されている。上記構造を有する潜熱熱交換器によれば、ケーシング内に吸熱管８２０，９２０を密に配設することができるため、広い伝熱面積を確保することができ、小型で、高い熱効率を有する潜熱熱交換器を得ることができる。

しかしながら、上記特許文献１の潜熱熱交換器の組み立てにあたっては、図７に示すように、四隅から下方に延長するように突設された上突設部８１２ａを有する上ケース８１２と、四隅から上方に延長するように突設された下突設部８１３ａを有する下ケース８１３とを、上突設部８１２ａと下突設部８１３ａとが互いに当接するように溶接して両側開口部を有する筒状のケーシング本体８１１がまず作製され、次いで、図６に示すように、ケーシング本体８１１の両側開口部の周縁が、吸熱管８２０の上流端及び下流端がロウ付けされた一方側壁８１４及び他方側壁８１５とそれぞれ溶接される。また、上記特許文献２の潜熱熱交換器でも、図９に示すように、ケーシングは、天板部材９１５と、一対の側壁９１３，９１４と、正面壁９１１ａ、背面壁９１１ｂ、及び底壁９１１ｃを構成する断面凹形状の本体部材９１１とをロウ付けにより接合して作製される。

従って、上記のような多数の金属板を溶接やロウ付けにより接合して作製される潜熱熱交換器では、部品点数が多くなるという問題や、接合箇所が多くなるため、取付作業が煩雑化するという問題がある。また、小型で、熱効率に優れた潜熱熱交換器を作製するためには、ケーシング内に可能な限り長い吸熱管を収容するとともに、吸熱管の間の間隙を狭めることが望まれる一方、ケーシング内に円滑に燃焼排気を流通させる必要がある。そのため、高い寸法精度を有するケーシングを作製して、ケーシング内に吸熱管を精度よく配設しつつ、燃焼排気の通路を確保することが要求される。

特開２００９−１８０３９８号公報

特開２００８−２９２０３２号公報

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、小型で、高熱効率を有するとともに、簡易に製造可能な潜熱熱交換器を提供すること、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吸熱管と、
前記吸熱管に被加熱流体を導入する流入ヘッダと、
前記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、一方側壁と、他方側壁とを有し、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、前記背面壁と前記正面壁とが対向する前後方向の両端部にそれぞれ、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するとともに、前記上流端挿通孔及び前記下流端挿通孔が形成されている両端部の間に、外方に膨出する第１膨出部を有しており、
前記吸熱管は、前記ケーシング内の前記一方側壁と前記他方側壁との間で、直管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、潜熱熱交換器が提供される。

上記潜熱熱交換器によれば、ケーシング本体の背面壁、正面壁、底壁、一方側壁、及び他方側壁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いるため、ケーシング本体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、吸熱管が直管部と円弧状折り返し部とが連続する配管構造を有するから、ケーシング内に吸熱管を密に配設することができる。

さらに、一方側壁は、背面壁と正面壁とが対向する前後方向の両端部にそれぞれ、吸熱管の上流端が挿通される上流端挿通孔及び吸熱管の下流端が挿通される下流端挿通孔を有するとともに、上流端挿通孔及び下流端挿通孔が形成されている両端部の間に、外方に膨出する第１膨出部を有するから、該膨出分だけ長い吸熱管を用いることができる。

そして、上記ケーシング本体は一枚の金属板を箱状に絞り加工することにより成形されているため、背面壁、正面壁、及び両側壁の各周壁と、これらの周壁間を連結する各コーナ部とでは絞り加工時の金属の流れ込み量が相違し、それによって各周壁の上下方向でケーシング本体の内方に向かって弓なりに湾曲した反りが発生しやすい。その結果、ケーシング本体が設計寸法通りに作製されず、一方側壁の上流端挿通孔及び下流端挿通孔が形成される両端部の領域にも反りが発生し、ケーシング内で吸熱管が所定位置に配設されない虞がある。

これに対して、上記潜熱熱交換器によれば、上流端挿通孔及び下流端挿通孔が形成される一方側壁の前後方向の両端部の間に、外方に膨出する第１膨出部が形成されるから、第１膨出部により金属の流れ込み量を調整でき、両端部を略平面に形成することができる。その結果、上流端挿通孔及び下流端挿通孔に吸熱管を挿通させたとき、ケーシング内に吸熱管を精度よく配設することができるとともに、ケーシング内に燃焼排気を円滑に流通させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、小型で、高熱効率を有する潜熱熱交換器及び給湯装置を、簡易に製造することができる。

図１は、本発明の実施の形態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、本実施の形態に係る潜熱熱交換器の概略上面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の一方側壁側及び他方側壁側の内部構造を示す部分概略断面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る給湯装置の一例を示す概略構成図である。 図６は、従来の潜熱熱交換器の一形態を示す概略斜視図である。 図７は、図６のケーシング本体を示す概略斜視図である。 図８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９は、図８のケーシングを示す概略斜視図である。

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に係る潜熱熱交換器の一例を示す概略斜視図、図２は、図１の概略分解斜視図、図３は、天板が取り付けられていない潜熱熱交換器の概略上面図、図４は、潜熱熱交換器の一方側壁側及び他方側壁側の内部構造を示す部分概略断面図である。

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。

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を有している。このケーシング本体１０は、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がそれぞれ起立し、これらの前後壁１１及び１２がコーナ部を介して底壁１３と一体に繋がっている。また、底壁１３の左右両側縁部から一方側壁１４及び他方側壁１５がそれぞれ起立し、これらの側壁１４及び１５がコーナ部を介して底壁１３と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、及び両側壁１４，１５で囲まれた矩形状の上方開口部１６を有する内部空間が形成される。なお、本実施の形態では、背面壁１１、正面壁１２、及び両側壁１４，１５からなる周壁の上端には、上方開口部１６を閉塞する天板４０を載置するための各周壁１１，１２，１４，１５を外方に広がるように水平方向に屈曲させた載置部１０１が形成されている。

従って、本実施の形態のケーシング本体１０の製造にあたっては、溶接作業やロウ付け作業を行なう必要がない。また、ケーシング本体１０が下方に溶接やロウ付けによる接合部を有すると、潜熱熱交換器１で燃焼排気の潜熱が吸収される際、燃焼排気中の水蒸気が露点以下に冷却されることにより強酸性のドレンが生成され、該ドレンが接合部の隙間に浸入して、金属板が腐食しやすいという問題がある。しかしながら、上記絞り加工により製造されるケーシング本体１０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、ケーシング２の下方においてドレンが滞留し難く、金属板の腐食が抑えられる。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２を作製することができる。

一方側壁１４の背面壁１１と正面壁１２とが対向する前後方向の両端部１４０，１４０（背面壁１１側と正面壁１２側の両端）にはそれぞれ、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が吸熱管５０の数だけバーリング加工により穿設される。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。なお、本明細書では、便宜上、背面壁１１と正面壁１２とが対向する方向を前後方向、一方側壁１４と他方側壁１５とが対向する方向を左右方向、天板４０と底壁１３とが対向する方向を上下方向という。ただし、給湯装置への潜熱熱交換器１の取り付け態様によって、これらの方向は給湯装置におけるそれらと異なる場合がある。

また、図２及び図３に示すように、一方側壁１４は、上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２が形成される両端部１４０，１４０の間に、絞り加工によって一方側壁１４の一部が外方に向けて膨出するように形成された第１膨出部１４５を備える。この第１膨出部１４５は、上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２が形成されている両端部１４０，１４０の領域からそれぞれ、外方に平面状に膨出する前段差部１４６及び後段差部１４７と、前後の段差部１４６，１４７の間を連結し、外方に膨出する曲面部１４８とから構成されている。このため、ケーシング２の内容積を膨出分だけ大きくすることができ、それに応じてケーシング２内に配設される吸熱管５０の長さを長くすることができる。

また、本実施の形態では、各周壁１１，１２，１４，１５がコーナ部を介して連結されているケーシング本体１０は絞り加工により矩形の箱状に形成されているため、絞り加工時に各周壁１１，１２，１４，１５と各コーナ部とでは金属の流れ込み量が異なり、コーナ部で肉余りが生じる。そのため、各周壁１１，１２，１４，１５の上下方向でケーシング本体１０の内方に向かって弓なりに湾曲する反りが生じやすい。その結果、ケーシング本体１０に、所謂、べこつきが生じるだけでなく、一方側壁１４の上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２にそれぞれ吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４を挿通させたとき、ケーシング２内で吸熱管５０が傾いて、吸熱管５０が所定位置に配設されない虞がある。さらに、上記吸熱管５０の配設状態によって、ケーシング２内で燃焼排気が流れる通路断面積が設計寸法通り確保できない虞もある。これに対し、上記のように一方側壁１４の上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２が形成されている両端部１４０，１４０の間に、両端部１４０，１４０よりも外方に膨出する第１膨出部１４５を形成すれば、その第１膨出部１４５により絞り加工時の金属の流れ込み量を調整できる。これにより、第１膨出部１４５に隣接する両端部１４０，１４０の内方への反りを低減することができる。その結果、上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２が形成される両端部１４０，１４０の領域を略平面に形成することができるから、精度よく吸熱管５０をケーシング２内に配設することができる。

一方側壁１４における第１膨出部１４５が形成される位置は、上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２が形成される両端部１４０，１４０の間であれば特に限定されない。ただし、これら挿通孔１４１，１４２が形成される領域に近接して第１膨出部１４５が形成されれば、両端部１４０，１４０における反りをより低減できる。また、第１膨出部１４５は、好ましくは、天板４０と底壁１３とが対向する上下方向の略全体に渡って形成される。これにより、ケーシング２の内容積をより大きくすることができるとともに、絞り加工時に発生する一方側壁１４の反りをより低減できる。さらに、潜熱熱交換器１の小型化のため、第１膨出部１４５の外方への張り出しは、上方から見たときに、載置部１０１よりも内方に位置するように形成される。

第１膨出部１４５は、外方に膨出する前後の段差部１４６，１４７の間が上方視略直線状の平面で連結された構造を有していてもよいし、あるいは段差部１４６，１４７を設けることなく、両端部１４０，１４０から中央部に向かって外方に膨出する曲面部１４８のみからなる構造を有していてもよい。ただし、外方に膨出する前後の段差部１４６，１４７の間が外方に膨出する曲面部１４８で連結されれば、絞り加工時に前後の段差部１４６，１４７の間の平面に生じる反りも低減できる。なお、曲面部１４８は、２以上の曲率半径を有していてもよい。

他方側壁１５は、好ましくは、一方側壁１４と同様に、絞り加工によって他方側壁１５の一部が外方に向かって膨出するように形成された第２膨出部１５５を備える。この第２膨出部１５５は、第１膨出部１４５と同様に、前後方向の各コーナ部から中央部に向かって一定距離、離れた位置でそれぞれ外方に平面状に膨出する前後の段差部１５６，１５７と、前後の段差部１５６，１５７の間を連結し、外方に膨出する曲面部１５８とから構成されている。このような第２膨出部１５５を形成することにより、第１膨出部１４５と同様に、絞り加工時の他方側壁１５の内方への反りを低減することができる。

ところで、潜熱熱交換器１の小型化及び高熱効率化を図る場合、燃焼排気を効率的に吸熱管５０と接触させるためには、他方側壁１５と吸熱管５０との間の間隙はできるだけ狭くすることが好ましい。しかしながら、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の上流端５３及び下流端５４のそれぞれと一方側壁１４の外部に配置された流入ヘッダ６０及び流出ヘッダ７０とを接続するにあたっては、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に挿通すると、他方側壁１５の内面と他方側壁１５側の円弧状折り返し部５２との間に一定の大きさの空間が生ずる。その結果、排気入口４０１から導入される燃焼排気がケーシング２内を通過するとき、排気抵抗の少ない該空間に燃焼排気が流れてしまい、吸熱管５０に燃焼排気が効率的に接触せず、熱効率が低下する虞がある。このような絞り加工及び吸熱管５０の取付構造によってケーシング２内に排気抵抗の低い空間が形成されることを考慮し、本実施の形態では、他方側壁１５の内面と他方側壁１５側の円弧状折り返し部５２との間に、好ましくは、燃焼排気の流れを遮る整流板４５が設けられる。この整流板４５によって、燃焼排気が吸熱管５０側に流れ、それによって燃焼排気が吸熱管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、上記のような整流板４５を設ける場合、他方側壁１５に第２膨出部１５５を形成すれば、絞り加工による他方側壁１５の反りが低減されるため、整流板４５を他方側壁１５の内面に精度よく配設できる。また、既述したように、第２膨出部１５５によって他方側壁１５の前後方向の両端部を略平面に形成できる。それゆえ、整流板４５を他方側壁１５に固定するにあたって、他方側壁１５の前後方向の両端部を整流板４５の固定部として利用すれば、整流板４５の取付箇所における他方側壁１５の内面と整流板４５との間の隙間を小さくすることができるとともに、ケーシング２の内部に整流板４５を傾きの少ない状態で配置することができる。

他方側壁１５における第２膨出部１５５が形成される位置は、好ましくは、他方側壁１５の前後方向の中央部である。また、第２膨出部１５５は、第１膨出部１４５と同様に、好ましくは、天板４０と底壁１３とが対向する上下方向の略全体に渡って形成される。さらに、第２膨出部１５５は、外方への張り出しが上方から見たときに載置部１０１よりも内方に位置するよう形成される。また、第２膨出部１５５は、外方に膨出する前後の段差部１５６，１５７の間が上方視略直線状の平面で連結された構造を有していてもよいし、あるいは前後の段差部１５６，１５７を設けることなく、外方に膨出する曲面部１５８のみからなる構造を有していてもよい。

なお、整流板４５は、他方側壁１５の内面と他方側壁１５側の円弧状折り返し部５２との間の空間を流れる燃焼排気を遮る構造を有していれば、その構造は特に限定されない。例えば、図２及び図３に示すように、燃焼排気の流れる方向に延在する平面部４５１と、平面部４５１の上下及び前後方向の周縁から他方側壁１５側に折り曲げられた折り曲げ部４５２と、前後方向の折り曲げ部４５２がさらに平面部４５１が延在する方向と略平行に折り曲げられた取付け片部４５３とを有していてもよい。平面部４５１及び折り曲げ部４５２は吸熱管５０に向かって傾斜する傾斜面を有していてもよい。さらに、整流板４５は、他方側壁１５に固定されていてもよいし、天板４０あるいは底壁１３に固定されていてもよい。

背面壁１１は、好ましくは、絞り加工によって背面壁１１の少なくとも一部が外方に膨出するように形成された第３膨出部１１５を備える。本実施の形態の第３膨出部１１５は、背面壁１１の全体を外方に膨出する上方視略円弧状の曲面部で構成することにより形成されている。このような第３膨出部１１５を背面壁１１に設けることにより、絞り加工時の背面壁１１の内方への反りを低減することができる。また、本実施の形態では、天板４０に排気入口４０１が形成されているため、排気入口４０１から導入された燃焼排気は、背面壁１１の内面と吸熱管５０との間の隙間を通って下流側の排気出口１２１に流れる。そのため、絞り加工により背面壁１１に内方に湾曲する反りが発生すると、上記間隙が狭くなって、通路断面積が小さくなる。その結果、排気抵抗が増加して、燃焼排気が円滑に流れない虞がある。これに対して、背面壁１１の少なくとも一部に外方に膨出する第３膨出部１１５を形成すれば、吸熱管５０がケーシング２内に配置されたとき、背面壁１１と吸熱管５０との間に所定の大きさの通路断面積を確保することができ、それによってケーシング２内に燃焼排気を円滑に流通させることができる。

本実施の形態において、第３膨出部１１５の曲面の中心は、左右方向で一方側壁１４よりに設けられている。これにより、他方側壁１５側の膨出分よりも、一方側壁１４側の膨出分が小さくなり、それによって背面壁１１とコーナ部を介して連結されている一方側壁１４の上流端挿通孔１４１が形成される領域の変形が抑えられる。従って、背面壁１１には、好ましくは、左右方向において少なくとも他方側壁１５側に第３膨出部１１５が形成される。なお、曲面部を有する第３膨出部１１５は、２以上の曲率半径を有していてもよい。また、第３膨出部１１５は、好ましくは、背面壁１１の上下方向の全面に渡って形成され、外方への張り出しは、載置部１０１よりも内方に形成される。

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、正面壁１２側から背面壁１１側に向かって下方に傾斜している。また、その傾いた面の最下位の位置には、ドレンを排出するためのドレン排水口１７が設けられる。このドレン排水口１７は、図示しないドレン排出管を介して中和器と接続される。さらに、底壁１３は、好ましくは、左右方向の両端（一方側壁１４側と他方側壁１５側の両端）に、ケーシング２の内方に向かって段状に張り出す第１固定部１３１，１３１と、左右方向の中央部に、ケーシング２の内方にリブ状に張り出す第２固定部１３２とを有する。これらの第１及び第２固定部１３１，１３２は、絞り加工により形成され、後述するように、最下段に位置する吸熱管５０に当接する。

正面壁１２には、上下左右略中央部に、潜熱熱交換器１が給湯装置の器具本体に取り付けられた際に、燃焼排気をケーシング２外に導出する排気出口１２１が横長矩形状にバーリング加工により形成されている。なお、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。また、排気出口１２１が正面壁１２に形成されない場合、背面壁１１と同様に、外方に膨出する膨出部が形成されてもよい。

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る。起立片部４２は、ケーシング本体１０の上方開口部１６の内周縁に内嵌する大きさに形成される。また、フランジ部４３は、ケーシング本体１０の載置部１０１上に載置される大きさに形成される。

天板本体部４１の前後方向の中央部より背面壁１１側は、フランジ部４３に向かって上方に傾斜している。また、その傾斜面の前後左右方向の略中央部には、ケーシング２内に燃焼排気を導入する排気入口４０１がバーリング加工により横長矩形状に形成されている。従って、ケーシング本体１０と天板４０を接合すると、排気入口４０１からケーシング２内に導入された燃焼排気は、背面壁１１側から正面壁１２側に流れ、排気出口１２１からケーシング２外に導出される。これによりケーシング本体１０と天板４０を接合した際に、ケーシング２内に、天板４０に形成された排気入口４０１と、正面壁１２に形成された排気出口１２１との間を連通する燃焼排気の通路が形成される。なお、排気入口４０１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。

さらに、天板４０の下面の左右方向の両端（一方側壁１４側と他方側壁１５側の両端）にはそれぞれ、上下方向に弾性を有する第１及び第２弾性体１８１，１８２が設けられている。後述するように、これらの第１及び第２弾性体１８１，１８２はそれぞれ、ケーシング本体１０と天板４０を接合した際に、左右方向の両端で、最上段に位置する吸熱管５０の円弧状折り返し部５２，５２に対応する位置に設けられる。これにより、吸熱管５０をケーシング２内で安定に固定することができる。第１及び第２弾性体１８１，１８２としては、具体的には、例えば、金属バネや耐熱・耐食性ゴムを用いることができる。なお、第１及び第２弾性体１８１，１８２は、天板４０と接合されていてもよいし、天板４０と接合されていない、別部材を用いてもよい。

図２に示すように、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、８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る。各吸熱管５０は、ステンレスなどの耐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蛇腹管）の５箇所に曲げ加工が施されて形成されている（ただし、図中では、煩雑化を避けるため、直管部５１の一部のみがコルゲート管で表わされている）。従って、各吸熱管５０は、一方側壁１４と他方側壁１５との間で延在する直管部５１と、一方側壁１４側及び他方側壁１５側の両端の円弧状折り返し部５２，５２とが連続して繰り返される配管構造を有する。さらに、吸熱管５０の上流端５３及び下流端５４はそれぞれ、一方側壁１４の上流端挿通孔１４１及び下流端挿通孔１４２から一方側壁１４の外部に導出される。なお、直管部５１と一方向に折り曲げられた円弧状折り返し部５２とが連結された吸熱管５０を複数用いることにより、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。

図２及び図４に示すように、円弧状折り返し部５２は、上下方向に扁平化された断面扁平形状を有している。また、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。さらに、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、上から奇数番目の吸熱管５０に対して上から偶数番目の吸熱管５０は燃焼排気の流路の下流側（排気出口１２１側）に半ピッチずれた位置に配置されている。上記構造により、上下方向で隣接する吸熱管５０の距離を狭くすることができ、ケーシング２内で吸熱管５０が密に配設される。その結果、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。

さらに、ケーシング２内で、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５２，５２はそれぞれ、既述した天板４０に設けられた第１及び第２弾性体１８１，１８２に当接し、最下段の吸熱管５０の扁平化された円弧状折り返し部５２，５２はそれぞれ、既述した底壁１３に設けられた第１固定部１３１，１３１と当接する。さらに、最下段の吸熱管５０の直管部５１は、底壁１３の中央部に設けられた第２固定部１３２と当接する。これにより、ケーシング２内で吸熱管５０が安定に固定される。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。

ケーシング２の外部に導出された吸熱管５０の上流端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、全体として複数の吸熱管５０が並列接続されている。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。図２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に内嵌する器状のヘッダ蓋体６４，７４とを有する。そして、両ヘッダ６０，７０は、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状態でロウ付けされて形成される。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。

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とを有する。

ヘッダ本体６１の本体周壁は、ヘッダ本体６１にヘッダ蓋体６４が嵌合されたときに、本体開放端の少なくとも一部が断面方向において蓋体底板の外周面以上の高さとなるように延設される。また、図２に示すように、ヘッダ本体６１の本体周壁は、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る。

また、ヘッダ本体６１の対向する長辺部の本体開放端にはそれぞれ、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が形成される。これにより、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。

ヘッダ本体６１と接合されるヘッダ蓋体６４は、蓋体底板と、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とを有する。この蓋体周壁は、蓋体周壁の外面が本体周壁の内面に内嵌するように、ヘッダ本体６１の本体周壁と同様に、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る。

図２に示すように、ヘッダ蓋体６４，７４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が各装着される。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。

本実施の形態の潜熱熱交換器１の作製にあたっては、まず一枚の金属板を絞り加工することにより箱状のケーシング本体１０が作製される。このとき、一方側壁１４に第１膨出部１４５が、他方側壁１５に第２膨出部１５５が、背面壁１１に第３膨出部１１５がそれぞれ形成される。また、底壁１３に第１及び第２固定部１３１，１３２が形成される。作製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、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。本実施の形態では、第１膨出部１４５により一方側壁１４の両端部１４０，１４０は略平面に形成されているから、吸熱管５０を精度よくケーシング本体１０内に配置することができる。

次いで、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。さらに、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。

そして、ヘッダ本体６１，７１と、ヘッダ蓋体６４，７４とを、これらの開口部が対向するように配置し、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、爪部６７，７７をヘッダ蓋体６４，７４側にそれぞれ折り曲げ、さらにヘッダ本体６１，７１と、ヘッダ蓋体６４，７４との境界にロウ材を塗布する。

上記のようにしてロウ材が塗布されたサブア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る。次いで、他方側壁１５の内面と他方側壁１５側の円弧状折り返し部５２との間に、第２膨出部１５５を覆うように、上方から整流板４５が差し込まれる。そして、整流板４５の取付け片部４５３が他方側壁１５に接合されて、整流板４５が他方側壁１５に固定される。このとき、本実施の形態では、第２膨出部１５５により他方側壁１５の両端部は略平面に形成されているから、他方側壁１５の内面に沿って取付け片部４５３を配設させることができる。その結果、整流板４５を、傾きの少ない状態で、精度よくケーシング２内に配置することができる。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ケーシング本体１０や円弧状折り返し部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。

一方、一枚の金属板を絞り加工し、天板本体部４１に排気入口４０１を穿設することにより天板４０が作製される。天板本体部４１の下面には、第１及び第２弾性体１８１，１８２が溶接により接合される。さらに、フランジ部４３の下面には枠状の耐熱・耐食性パッキング材（図示せず）が取付けられる。そして、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上に耐熱・耐食性パッキング材を介して天板４０のフランジ部４３が載置されるように、ケーシング本体１０上に天板４０が配置される。

次いで、天板４０のフランジ部４３及びケーシング本体１０の載置部１０１に穿設されたビス留め孔に連続してビスを挿入し、これらをビス留めすることにより、天板４０がケーシング本体１０に接合されて、潜熱熱交換器１が作製される。なお、このとき、天板４０に設けられた第１及び第２弾性体１８１，１８２は、最上段の吸熱管５０の円弧状折り返し部５２に当接する。また、底壁１３に設けられた第１固定部１３１は、最下段の吸熱管５０の円弧状折り返し部５２に当接し、第２固定部１３２は、最下段の吸熱管５０の直管部５１に当接する。これにより、ケーシング２内で安定に吸熱管５０が固定される。

既述したように、本実施の形態では、一枚の金属板を絞り加工することによりケーシング本体１０の構成壁１１，１２，１３，１４，１５が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。そのため、溶接やロウ付けを行うことなく、ビス留めによりケーシング本体１０と天板４０とを接合するだけで、耐食性に優れるケーシング２が作製できる。なお、ケーシング本体１０と天板４０との接合には、かしめ接合など他の接合方法が用いられてもよい。

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５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５に示すように、顕熱熱交換器３は、潜熱熱交換器１の上方に配設されている。また、顕熱熱交換器３の上方には、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の側方には、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。従って、ガスバーナ４で生成された燃焼排気は、送風ファン５からの送風によって上方から順に、顕熱熱交換器３及び潜熱熱交換器１に送られる。

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、既述した排気入口４０１を介して連通している。顕熱熱交換器３から排気入口４０１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が加熱される。そして、顕熱熱交換器３によって燃焼排気の顕熱が吸収され、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、本実施の形態の潜熱熱交換器１では、第１、第２、及び第３膨出部１４５，１５５，１１５によってケーシング２内で吸熱管５０が精度よく配設されるとともに、円滑な燃焼排気の流れが確保されるから、効率的に燃焼排気を吸熱管５０に接触させることができる。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、絞り加工により構成壁１１，１２，１３，１４，１５が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形成されない。それゆえケーシング２の下方でドレンが滞留し難く、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の腐食が抑えられ、高い耐久性を有する給湯装置が得られる。

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、該温水は顕熱熱交換器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。

（その他の実施の形態）
（１）上記実施の形態では、天板に排気入口が、正面壁に排気出口が設けられているが、これらを設ける位置は必ずしも限定されない。例えば、背面壁に排気入口が、天板に排気出口が設けられてもよい。すなわち、ケーシングを構成する、背面壁、正面壁、底壁、一方側壁、他方側壁、及び天板のいずれか１つに排気入口が、排気入口が設けられている位置と異なる位置に排気出口が設けられてもよい。なお、背面壁に排気入口が形成される場合、それによって絞り加工時に生じる背面壁の反りを除去できる。従って、この場合、正面壁と同様に、第３膨出部を形成することなく、上方視略直線状の平面からなる背面壁を形成してもよい。

（２）本実施の形態では、流入ヘッダ及び流出ヘッダはいずれも、一方側壁に近接して設けられているが、これらのヘッダは一方側壁から離間させて配置されてもよい。

（３）上記実施の形態では、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、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も本発明を適用することができる。この場合、ケーシング内が仕切り壁により２つの領域に分割され、他方側壁側にも他の流入ヘッダ及び流出ヘッダが設けられる。

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
４５ 整流板
５０ 吸熱管
５１ 直管部
５２ 円弧状折り返し部
６０ 流入ヘッダ
７０ 流出ヘッダ
４０１ 排気入口
１１５ 第３膨出部（曲面部）
１２１ 排気出口
１４１ 上流端挿通孔
１４２ 下流端挿通孔
１４５ 第１膨出部
１４６，１４７，１５６，１５７ 段差部
１４８，１５８ 曲面部
１５５ 第２膨出部

Claims (7)

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吸熱管と、
   前記吸熱管に被加熱流体を導入する流入ヘッダと、
   前記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、一方側壁と、他方側壁とを有し、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、前記背面壁と前記正面壁とが対向する前後方向の両端部にそれぞれ、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するとともに、前記上流端挿通孔及び前記下流端挿通孔が形成されている両端部の間に、外方に膨出する第１膨出部を有しており、
   前記吸熱管は、前記ケーシング内の前記一方側壁と前記他方側壁との間で、直管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。
2. 請求項１に記載の潜熱熱交換器であって、
   前記他方側壁は、外方に膨出する第２膨出部を有する、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、
   前記天板は、前記ケーシング内に前記燃焼排気を導入する排気入口を有し、
   前記正面壁は、前記ケーシング外に前記燃焼排気を導出する排気出口を有しており、
   前記背面壁は、外方に膨出する第３膨出部を有する、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であって、
   前記第１膨出部、前記第２膨出部、または前記第３膨出部のいずれかは、外方に膨出する段差部及び／または外方に膨出する曲面部を有する、潜熱熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の潜熱熱交換器であって、
   前記第１膨出部、前記第２膨出部、または前記第３膨出部のいずれかは、前記天板と前記底壁とが対向する上下方向の略全体に渡って形成されている、潜熱熱交換器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の潜熱熱交換器は、さらに
   前記他方側壁の内面と、前記他方側壁側の吸熱管の円弧状折り返し部との間に、燃焼排気の流れを遮る整流板を有し、
   前記整流板は、前記第２膨出部を覆うように設けられている、潜熱熱交換器。
7. 請求項１〜６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