JP4087407B2 - プラスチックケーシングを有する凝縮熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、バーナー、特にガスバーナーあるいは燃料バーナーに直接的または間接的に関連付けられる凝縮熱交換器に関する。

このような交換器は、特に、セントラルヒーティング回路を供給する目的および／または衛生上の用途で使用される水を供給する目的で、家庭用途においてはガスボイラを備えるようになっている。

更に具体的には、本発明の主題を形成する熱交換器は、外装体を画定するケーシング備えるタイプのものであり、外装体の内部には、必要に応じて参照できる文献欧州特許第０ ６７８ １８６Ｂ号に記載された種類の断面が平坦な１または複数のチューブから成る少なくとも１つの束が収容されている。

文献欧州特許第０ ６７８ １８６Ｂ号は、熱伝導性が高い材料によって形成されたチューブから成る熱交換部材であって、熱伝達流体、例えば加熱される水が上記チューブ内で還流されるようになっている熱交換部材について記載している。このチューブは、螺旋状に巻回されるとともに、その主軸が上記螺旋の軸に対して略垂直である扁平な楕円断面を有している。チューブの１巻き部分はそれぞれ、隣り合う１巻き部分の面から一定幅の隙間だけ離間された平坦面を有している。上記幅は上記断面の厚さよりもかなり小さく、隣り合う２つの１巻き部分同士の間の間隔は更にスペーサによって較正される。また、これらのスペーサはチューブの壁に形成されたボスから成る。

また、この文献は、前述したような多数の部材を有する熱交換器についても記載しており、これらの部材は、記載された様々な実施形態において様々な方法で配置されている。

このように構成された交換部材は、外装体内に装着されたバーナーによって直接に形成され或いは外部ガス源から送られても良くかつ管状部材上にわたって流される非常に熱いガスと、上記管状部材内を還流する水等の被加熱流体との間で、非常に効率的な熱交換を行なうことができる。

具体的には、熱いガス流は、１巻き部分同士の間の隙間を略径方向に通過する間、交換部材の壁と比較的大きな面積をもって接触する。

本発明の目的は、特に、前述した一般的なタイプの凝縮熱交換器であって、その熱交換部材が前述した欧州特許第０ ６７８ １８６Ｂ号に開示されているような平坦なチューブから成る束である凝縮熱交換器を提供することである。

前述した種類の周知の凝縮装置を形成するケーシングは、１または複数のチューブと同様、金属によって形成され、一般的にはステンレススチールによって形成される。

金属、特にステンレススチールが使用するのに適している。これは、ステンレススチールが、１または複数のチューブから成る巻回体内で生じる膨張（拡張）に起因する応力に対する機械的な耐性を与えるとともに、燃料ガス（燃焼済みガス）および凝縮液から生じる腐食に対する化学的な耐性を与えるからである。

一例として、この点に関しては、チューブ内の加熱される流体、特に水の圧力が使用中に比較的高くなる（約２．５〜３．５ｂａｒ、すなわち２．５×１０^５〜３．５×１０^５Ｐａ）場合があることを指摘しておかなければならない。

安全上の理由から、管状束は、４．５×１０^５Ｐａの圧力に耐えることができるように形成されていることが有益である。

当初は平坦であるチューブの側壁は膨らむ傾向があり、変形の大きさは、内圧の値の増大に伴って増加する。

この変形は、一方の壁から隣の壁へと、これらの壁同士を離間させるスペーサを形成するボスにより軸方向に伝えられる。

一例として、壁厚が０．６ｍｍである４つの並設されたチューブから成る巻回体を考えると、当初１２８ｍｍである軸方向寸法は、その後のチューブの変形により、２ｂａｒの圧力においては約１２９．２ｍｍの値まで増大し、３ｂａｒの圧力においては１２９．８ｍｍの値まで増大する。

全体の伸びは、交換器の束を構成する端部同士をつないで装着される巻回体の数に比例する。

無論、チューブの壁厚が増大すると、変形量が少なくなる可能性がある。残念ながら、厚さが大きすぎると、装置の重量がかなり増大する。また、極めて高い動作圧を必要とするプロセスであるハイドロフォーミング法によって管状部材が形成される場合にも問題が生じる。

伸びに対抗しかつ束内を還流する流体の内圧によって生じる軸方向のスラストに耐えるため、今までに使い果たされた解決策は、（束の２つの端部で支持体として機能する）金属ケーシングを採用することであり、ケーシングの厚さおよび機械的な強度は、内圧の作用下で上記束の軸方向の伸びを防止できるように選択され、あるいは、ケーシングの弾性変形限界に適合する許容できる大きさに上記伸びを制限できるように選択される。

この種の交換器は、技術的なレベルを満たしており、特に性能レベルを満たしている。

しかしながら、この種の交換器は、比較的重量があるため、その設置中に作業者が搬送して取り扱うことが困難となる場合があり、また、燃焼排ガスおよび凝縮液によって引き起こされる化学攻撃および機械的応力に耐えるためにステンレススチール等の高品質な金属から成るケーシングを使用する必要があるため、その原価が比較的高い。

本発明が基本とする目的は、それほど貴重ではなくかつそれほど高価でもない材料（この場合はプラスチック）から成るが前述した軸方向の伸びの問題に関して化学的耐性または機械的強度における問題が何ら生じないケーシングを設けることを提案することにより、装置の重量および原価を十分に低減させることである。

本発明の他の目的は、変形例において、巻回体の１巻き部分を通過する燃焼済みガスによって形成される熱からプラスチックケーシングが最適に断熱されるようにし、それに伴って、ケーシングが晒される温度レベルを十分に下げるようにすることである。これは、簡単で軽量かつ安価な手段、この場合には熱シールドの機能を果たすシュラウドを使用することにより達成される。

本発明の主題を形成する凝縮熱交換器は、ガスバーナーまたは燃料バーナーに関連付けられるようになっている。

本発明の凝縮熱交換器は、少なくとも１つのチューブ束を備え、この束は、１つのチューブまたは端部同士をつないで配列された一群のチューブによって構成されて螺旋状の巻回体を形成し、１または複数の上記チューブの壁は、熱伝導性が高い材料によって形成されるとともに、その主軸が上記螺旋の主軸に対して垂直または略垂直である扁平な楕円断面を有しており、２つの隣り合う１巻き部分同士を離間させる隙間の幅は、一定であるとともに、上記断面の厚さよりもかなり小さく、上記束はガス不透過性のケーシングの内側に装着固定され、上記束を構成する１または複数の上記チューブ内で加熱される流体、特に冷たい水を還流させるための手段が設けられ、上記ケーシングは、燃焼済みガスを排出するためのスリーブを有し、これにより、上記バーナーによって形成される熱いガスが、上記束の１巻き部分同士の間の隙間を通じて、上記束を径方向または略径方向に通過するようになっている。

本発明においては、
−一方で、上記ケーシングが耐熱プラスチックによって形成され、
−他方で、上記熱交換器は、上記束をその軸方向で機械的に保持する保持手段を有し、これらの保持手段は、上記チューブ束内で還流しかつチューブ束の壁を変形させる傾向がある流体の内圧によって生じるスラスト荷重を吸収することができる一方で、これらのスラスト荷重が上記ケーシングに伝わることを防止する。

したがって、今までケーシングに対して割り当てられていた２つの機能、すなわち、熱いガスを還流させて排出するための外装体としての機能と、凝縮液の収集して排出するための外装体としての機能とを切り離すことができる一方で、チューブ束の機械的安定性を確保することができる。

また、有益であるが本発明を限定するものではない幾つかの特徴において、
−交換器は、上記ケーシングによって支持された温度プローブを有し、この温度プローブは、このプローブの近傍で上記ケーシング内に広がる温度が所定の閾値を超える時に上記バーナーの動作を停止させることができ；
−上記保持手段は、上記束の外側で上記螺旋の主軸と平行に延びる複数の結合体から成る組を備え、上記結合体の端部は、上記束の両側の２つの面に圧接する支持部材に固定され；
−上記結合体の組の端部の一方に位置された上記支持部材は、例えばディスクの形態を成す薄いプレートであり、このプレートは、その中心部が切り取られており、その結果、環状を成しており；
−上記プレートは、上記ケーシングの開口面を部分的に閉じる対向板としての機能を果たすとともに、上記ケーシングの外周に対して例えば圧接により固定され；
−上記結合体の端部は、上記対向板を貫通して外側に僅かに突出しており、これらの端部が貫通することにより、ドアをナットにより上記対向板に対して取り外し可能に装着することができ；
−上記ドアが上記バーナーに固定され；
−４つの上記結合体が略正方形を成して配置され、上記対向板と反対側に位置された上記支持部材は、一対の弓形あるいは屈曲したストラップから成り、これらのストラップは、できる限り厳密に上記束の輪郭に沿うように形成されるとともに、上記束の２つの正反対の領域に圧接し、上記各ストラップは一対の隣り合う上記結合体に対して固定され；
−上記ケーシングを構成する上記プラスチックは、ガラス繊維強化樹脂またはガラス片強化樹脂に基づく複合材料であり；
−上記樹脂は、ポリフェニレン・オキシドとポリスチレンとポリプロピレンとから成る化合物であり；
−交換器は、端部同士を対向位置させて互いに接続される同軸チューブから成る２つの束を備え、上記束の一方が一次交換器としての機能を果たし、上記束の他方が二次交換器としての機能を果たし、これらの２つの束同士の間には偏向部材が挟み込まれ、この偏向部材により、上記バーナーによって形成される熱いガスは、最初に上記一次交換器を通過して、この一次交換器の１巻き部分同士を離間させる隙間を内側から外側へと通過した後、上記二次交換器を通過するとともに、この二次交換器の１巻き部分同士を離間させる隙間を外側から内側へと通過し、その後、上記スリーブから排出され；
−上記デフレクタが上記チューブ束に対して固定され；
−上記バーナーは、上記一次交換器としての機能を果たす上記束の内側に装着され、上記デフレクタは、円板形状を成すとともに、上記バーナーの端部に固定され、上記デフレクタの外周には、上記束の内面に当接する断熱シールが設けられ；
−上記ケーシングは、互いに突き合わされて例えば溶接により互いに固定された２つの成形シェル半体から成り；
−交換器は、上記束の外側でかつ上記プラスチックケーシングの内側に配置されたシュラウドを有し、このシュラウドは、燃焼済みガスによって発せられた熱から上記ケーシングを断熱することができる熱シールドとしての機能を果たし；
−上記シュラウドが薄いステンレススチールシートによって形成され；
−上記シュラウドは、上記プラスチックケーシングの内面に付設されるが、例えば上記シュラウドの壁から打ち出される一連のボスによって上記内面から一定の距離に維持され；
−上記シュラウドは、２つの相補的な丸められた部品から成り、これらの部品は、互いに突き合わされることにより、上記プラスチックケーシングの内面に対して嵌め付けられる環状ケーシングを形成し；
−上記丸められた部品の互いに対向する縁部は、略半円状または半楕円状の切り欠きの列を有し、これらの切り欠きは、上記丸められた部品が互いに突き合わされた際に、上記巻回体を構成する１または複数のチューブの直線状の端部をしっかりと取り囲むことができる。

本発明の他の特徴および利点は、単なる非制限的な一例として本発明の実施形態を示す添付図面および明細書本文から明らかになる。

図１および図２に示される交換器は、外装体を画定するシェルまたはケーシング１を有しており、このケーシング１の内側には管状束２が装着固定されている。この管状束は、端部同士を直列に配置して接続した一群のチューブを軸Ｘ−Ｘ’を中心に螺旋状に巻回することにより構成されている。

これらのチューブは、その長辺が軸Ｘ−Ｘ’に対して垂直な扁平断面を有するチューブである。

チューブの広い面上に設けられたボス２００はスペーサの機能を果たし、このスペーサにより、略一定の較正値を有する隙間を各１巻き部分同士の間に画定することができる。

この巻回体の内部には、加熱される流体、例えば水が流されるようになっている。

図示の実施形態においては、互いに接触されて直列に接続された３つの螺旋状の管状部材が存在し、これらの管状部材内には加熱される流体が左から右へ還流する。

ケーシング１に固定されるマニホールド１５，１６により、加熱される冷たい流体を供給しかつ熱い流体を排出するためにパイプに対して装置を従来の方法で接続することができる。

また、これらのマニホールドは、還流される流体を管状部材から隣の巻回体へと送る。

各管状部材は、一直線状の端部すなわち直線軸を有している。この場合、一直線状の端部は、断面が徐々に変化しており、そのうち、出現する端部の断面は円形を成している。

図２に示される実施例において、２つの端部は、平行に配置されるとともに、巻回体の同じ側に位置されている。

なお、図１０および図１１に示される第３の実施形態においても同様の構成が与えられている。

これに対し、図５および図６に示される本発明の第２の実施形態の場合、管状巻回体の２つの端部は、前述した欧州特許第０ ６７８ １８６号の図２４に示される実施形態に係る構成を用いて、同じ平面内で延びるとともに、その口部が互いに離れる方向に向けられている。

図２から分かるように、管状部材の流入口部および流出口部２０，２１は、ケーシング１に形成された特定の開口にシール状態で適切に圧接されている。そして、この高さで、マニホールド１５，１６が固定されている。

本発明の本質的な特徴において、ケーシング１はプラスチックによって形成されている。

ケーシングは、例えば回転成形または射出成形によって得られる。

ケーシングは、互いにヒートシールされた２つのシェル半体によって形成されている。この場合、ヒートシールは、一方のシェル半体の内部に管状束が組み込まれた後に行なわれる。

ケーシングは、その側面の一方、この場合は図１の左側に位置された側面が開口している。

装置の使用中、燃焼済みガス中に含まれる蒸気の一部は、チューブの壁と接触して凝縮する。

参照符号１０は外装体の底壁を示している。この場合、底壁１０は周知の方法で傾いており、これにより、凝縮液を出口オリフィス１３に向かって排出することができる。

ケーシングの後壁が参照符号１１で示されている。この場合、後壁１１は凹部１１０を有しており、この凹部１１０は、後述するように、燃焼済みガスおよび燃焼ガスが通過できるチャンネルを形成し、このチャンネルを通じて上記ガスを排出スリーブ１２へと送出する。

無論、オリフィス１３は凝縮液排出パイプに接続されており、一方、スリーブ１２は例えば煙突ダクト等の燃焼ガス排出パイプに接続されている。これらのパイプおよびダクトは図示されていない。

ケーシングの開口側は、対向部材３によって閉塞されている。対向部材３は、その全周にわたってリム３０により固定されており、リム３０は、ケーシングの入口を縁取る外周フランジ１４上に気密に圧接されている。

この高さには、シール、例えばシリコンシール（図示せず）が有利に設けられていても良い。

例えばステンレススチールから成る対向板３は、通常、取り外し可能なドア４によって閉塞されている。

図示の実施形態において、ドア４は２部品から成っている。すなわち、ドア４は、耐熱プラスチックまたは金属によって形成された外側プレート４０と、例えばセラミック系材料等の絶縁材によって形成された内側プレート４１とから成る。

これらの２つのプレートの中心部には、バーナー６によって貫通している開口が貫通されており、この開口には、図示しない手段によってドア４に固定されたバーナー、例えばガスバーナーが挿通されている。

バーナー６に接続された適当な手段により、ガスおよびエアー（例えばプロパン＋エアー）の燃料混合物を装置へ供給することができる。

これらの手段は、特に、ドアに固定されかつガス混合物をバーナーに吹き込むことができるファン、または、ドアに接続された柔軟なパイプから成っていても良い。

バーナー６は、閉端部を有する円筒状のチューブであり、その壁には多数の小さな穴が穿孔されている。これらの穴により、燃料混合物はチューブの外側に向かって径方向に流出することができる。

このチューブ壁の外面は燃焼面を構成している。例えばスパーク発生電極を有する周知のタイプの点火システム（図示せず）がバーナーに結合されていることは言うまでもない。

バーナーは、巻回体２の中心と同軸に配置されているが、巻回体の全長にわたって延びていない。

実際に、管状束２は２つの部分に分けられている。そのうちの一方２ａはデフレクタ７の左側に位置されており、他方２ｂはデフレクタ７の右側に位置されている。

デフレクタ７は、例えばセラミック系材料等の断熱材から成るディスクであり、薄いステンレススチール板７０の形態を成す補強材によって支持されている。この補強材の外周縁は、管状束の隣り合う１巻き部分同士の間に挿入されている。

当該交換器は、優れた効率を得ることができる前述した欧州特許の図８に示されるようなダブル交換器である。

管状束の部分２ｂは、図１の右側から左側へと還流する流体の予熱を行なうようになっている。管状束の部分２ａは、実際の加熱を行なうようになっている。

本発明の本質的な特徴において、管状束２の１巻き部分同士は、機械的な保持システムにより、互いに圧接された状態に強固に維持されている。

これに伴って必要なものが４つの結合体５の組である。これらの結合体５は、ステンレススチール製の円筒ロッドによって形成されるとともに、管状束の２つの反対側の端部のそれぞれにおける支持部材に結合されている。

図２から分かるように、結合体５は、仮想的な等脚台形の４つの頂点に配置されている。一方側（図１および図３の右側）において、これらの結合体の端部５１は、ステンレススチールから成る円板状の環状プレート３０に対して例えば溶接により固定されており、環状プレート３０の中心には開口３００が形成されている。

図１および図３の左側に対応する他方側において、結合体５は、前述した対向板３に対して固定されている。

この他方側において、結合体５の端部は通り抜けている。すなわち、これらの結合体の端部は、対向板３の外周に形成された適当な穴を貫通している。

これらの貫通部分５０に螺合されたナット５００は、結合体に張力を付与しており、これにより、管状束の最後の１巻き部分に対してプレート３０を（右から左へと）付勢して押し付けるとともに、それに伴って、この管状束の最初の１巻き部分に対して対向板３を（反対方向で）付勢して押し付けている。

したがって、管状束２は、支持部材３，３０間で所定の力をもって軸方向に圧縮される。

なお、端部５０は比較的長くなっている。すなわち、これらの端部５０は、図３から分かるように、かなりの長さにわたってナット５００を超えて突出している。

この理由は、端部５０がドア４の芯出しを行なってドア４を対向板３に対して固定するという機能も有しているからである。

このため、ドアを構成するプレート４０は、その直径が絶縁部分４１の直径よりも大きく、４つの穴が穿設されている。そして、これらの穴により端部５０を係合させることができる。

固定はナット４００によって行なわれる。これらのナット４００は、特に振動が作用することにより誤って緩む危険性を減らすため、戻り止めナットであることが有益である。

プレート４０に形成された適当な溝内に収容された環状リップシール４２により、燃焼排ガスを漏らさない状態でプレート４０を対向板３の外面に対して圧接させることができる。

図２から分かるように、結合体５は管状束２の外側に配置されている。

図３から分かるように、対向板３と結合体５と端部支持部材３，３０とによって形成されるアセンブリが独立したアセンブリを形成していることは明白である。

巻回体２のチューブに広がる内圧の作用により生じる拡張は、軸方向のスラスト荷重を十分に吸収する支持部材および結合体によって抑制される。

このスラスト荷重は、このアセンブリを収容するケーシングの壁に対して伝えられない。

チューブの端部２０，２１を受けるためにケーシングに設けられたハウジング内にチューブの端部２０，２１が嵌め込まれることにより、管状束をケーシング内の所定の位置に簡単に保持することができる。

なお、巻回体２の後部領域の上側には偏向隔壁８が設けられており、この隔壁の一部は、後側の環状プレート３０とその中心開口３００に至るまで重なり合っている。

この隔壁は、管状束をケーシングの内側に正確に保持することに関与することが有益である。

隔壁は、ケーシングの内壁に対して固定されるとともに、スリーブ１２の下側で斜めに延びている。隔壁は、円の円弧を形成する輪郭を有して管状束の上側領域を取り囲む弓形形状を成していることが好ましい。

バーナー６によって形成される熱いガスは、最初に管状束２の第１の部分２ａ（デフレクタ７の左側に位置されている部分）を通過し、内側から外側に向かってチューブの隙間同士の間を径方向に通過する。

隔壁８の存在により、熱いガスは、スリーブ１２を直ちに通り抜けて逃げることができない。

熱いガスは、交換器の後部２ｂ（偏向板７の右側に位置された部分）を通過しなければならず、外側から内側に向かうこの時に、管状束内を還流する水を予熱する。

最後に、冷却されたガスは、壁１１０によって画定された後部チャンネルを通じて逃げ、排出スリーブ１２へと至る。

ケーシングを構成するプラスチックは、約１５０°〜１６０°の温度に対して連続して耐えるように選択される。

これは、ガラス繊維強化樹脂またはガラス片強化樹脂に基づく複合材料であることが有益である。

特に適したタイプの樹脂としては、ポリフェニレン・オキシドとポリスチレンとポリプロピレンとから成る化合物を挙げることができる。そのような材料は、熱い燃焼排ガスおよび凝縮液による化学攻撃に耐えるのに適している。

ケーシング１の壁は、それが大きな機械的応力に晒されないという事実に起因して、比較的薄くても良く、例えば２ｍｍ〜４ｍｍの厚さであっても良い。

メンテナンスの目的のため、交換器の前側部分の内側に対して容易に接近することができる。これは、燃焼排ガスに起因する汚染に実際に晒される部分だけである。接近するためには、ナット４００を取り外すとともに、ドア４およびドア４に固定されたバーナー６によって形成されるアセンブリを軸方向に引き出す必要がある。

クリーニング後、このアセンブリを再び取り付けることは容易である。

これらの取り外し作業および再取り付け作業は、結合体５によって果たされる保持機能に影響を与えず、ドアの瞬時の除去にもかかわらず、結合体は作用したままである。

この装置の変形例においては、円板状のデフレクタ７をバーナー６の端部に固定することができる。

その場合、ドア４、バーナー６、デフレクタ７は、まとめて分解できるアセンブリを形成する。このようにすれば、予熱を行なう後部を含む巻回体の内部空間の全体に対してクリーニングの目的で接近することができる。

無論、そのような状況にあっては、偏向ディスク７の全周に耐熱性が高い環状シールを設ける必要がある。このようなシールは、管状束の内面に当接することにより、この高さでガスが部分２ｂに向かって直接に流れることを防止する。

図５〜図７に示される本発明の第２の実施形態においては、前述した構成に類似する構成が再び採用されているが、装置の向きが１８０°だけ変えられている（図５の右側に位置して対向している）。

第１の実施形態と同一の部材または類似する部材においては、同一符号を付してその性質および機能に関する説明を省略する。

なお、この交換器は、第１の実施形態よりも軸方向にコンパクトになっている。

前述したように、チューブの直線状の端部は巻回体の接線方向に延びており、この直線状の端部の軸は、横方向に配置された長尺な同じ平面内に含まれている(図６参照)。

また、対向板３と反対側において、結合体５は、環状プレート３０に固定されず、一対の屈曲した平坦なロッド３０ａ，３０ｂに対して固定されている。これらのロッドの中央領域は、対応する最後の１巻き部分の比較的限られた面積を有する所定角の扇形領域に対して当接している。

図６から分かるように、この場合、結合体は正方形を成して配置され、また、屈曲ロッド３０ａ，３０ｂは、これらの結合体の片側を２つ１組として接続しており、巻回体の全く正反対の２つの領域にできる限り近接している。

なお、隔壁８は、メイン交換器を構成する部分２ａの出口に位置されたチューブの近傍に、管状巻回体よりも上側に位置された凹部８０を有している（図５参照）。

この凹部内には温度プローブ９が設けられている。

このプローブは、ケーシングに対してシール状態で取り付けられた熱ブレーカー（熱回路遮断器）である。このため、プローブ９は、底部が開口する凹部８０内に嵌め込まれたステンレススチールカップ内のサークリップにより、所定の位置に有利に保持され、適切なシール部材がカップと凹部８０の壁との間でシールを行なう。

このプローブは、バーナー制御装置に接続されるとともに、検出された温度が例えば１６０℃等の所定の閾値を超える時にバーナーを停止させるように構成されている。

例えばチューブの水がなくなった場合、あるいは、例えばチューブのうちの１つが塞がることによりチューブ内での水の還流が不十分になった場合には、異常な過熱が突発的に生じる場合がある。

安全対策が何ら講じられない場合には、バーナーの周囲に配置されたチューブから出てプラスチックのケーシングの内側と接触する燃焼排ガスの温度が大きく上昇する虞がある。燃焼排ガスがもはやその熱をチューブに対して十分に伝えなくなるといった事態が起こる。

この場合、プラスチックの機械的安定性に関する問題やケーシングに重大なダメージが生じる場合もあり、後者の場合には、発火する場合もある。

図８に示される変形例において、参照符号９’が付されたプローブは、感熱可融部９２’を有している。

ボイラーを供給する電力回路は、熱可融部９２’を介して接続される２つの端子９０’，９１’に対して接続されている。

温度が異常に上昇し、例えば１６０℃を超えると、この可融部９２’が溶融して２つの端子９０’，９１’間の電気回路を切断し、これにより、バーナー制御が中断される。

図９は、バーナー６によって形成される熱いガスの還流を示している。バーナー６には可燃混合物Ｇ＋Ａが供給される。

バーナーが点火されると、バーナーは、矢印Ｆ_１によって表わされるように径方向外側に伝えられる例えば１０００℃の温度の燃焼ガスを形成する。

これらの燃焼ガスは、交換器の第１の部分２ａの隙間を内側から外側へと径方向に通過する（矢印Ｆ_２）。

この通過中、燃焼ガスの大部分の熱は、チューブの壁を介して、チューブ内を還流する水に伝えられ、その結果、管状束部分２ｂから出る熱いガスの温度が例えば約１１０〜１４０℃になる。

なお、デフレクタ６の存在により、燃焼ガスＦ_１が軸方向に逃げることが防止される。

部分的に冷却されたガスは、その後、交換器の第２の部分２ｂを通過し、今度は、矢印Ｆ_３で表わされるように外側から内側へと流れる。

したがって、熱の更なる部分がチューブ内を還流する水に伝えられる。装置から逃げるガス（矢印Ｆ_４およびＦ_５）の温度は例えば約６５℃〜７０℃になる。

水に関しては、一般に、大気温度から約８０℃の温度まで加熱される。

無論、水は、燃焼排ガスの流れと反対の方向に流れ、これにより、交換器の領域２ｂ内で予熱が行なわれ、領域２ａ内で実際の加熱が行なわれる。

図１０〜図１２に示される実施形態において、交換器にはバーナーが設けられていない。

ケーシングは、外部のガス源から送られてくる熱いガスのための吸気スリーブＥを有している。

このスリーブは、チューブ２から成る巻回体の内側に設けられている。

これは、前述した欧州特許の図１９の対象を形成する装置と類似する装置を含んでいる。

第１の実施形態の部材と同じ部材を示すために、同じ参照符号が使用されており、また、部材が類似であるが同一でない場合には、必要に応じて、同じ参照符号にプライム符号（’）が添えられている。

この場合は、シングル交換器（予熱が無い交換器）に関する。

スリーブＥを介してケーシングの内側外装体に入る熱いガスは、管状束２の内側から外側に向かって径方向に逃げることにより、管状束内を還流する流体を加熱する。そして、冷却されたガスはスリーブ１２を通じて逃げる。

巻回体を構成する管状部材が並列に配置されていても良い。この場合、チューブへの入口またはチューブからの出口で管状部材の収集および分配を行なうために、入口および出口マニホールド１５’，１６’がそれぞれ設けられる。

ケーシング１’はプラスチックによって形成されている。

管状束を機械的に保持するための保持手段は、第１の実施形態のそれと同様である。

上記保持手段は、その端部が例えば溶接により２つのプレート３０，３’に対して固定された４つの結合体から成る組を備えている。

吸気スリーブＥ側に位置されたプレート３０は、スリーブＥによって画定されたガス吸気通路と位置合わせされる開口３００をその中心に有するディスクである。

ボトムプレート３’は、穿孔が設けられていないディスクである。

このディスクは、巻回体の後部を閉じることにより、熱いガスの全てを１巻き部分同士の間の隙間を通じて流出させる。

プレート３’に対向して位置されるケーシングの底壁が熱いガスに晒されないように、これらの２つの部材同士の間にはクリアランスｊが設けられている。

無論、この装置にも温度プローブが設けられている。そして、この温度プローブも、それが所定の過度の温度を検出すると、熱いガスの流入を停止するように構成されている。

最初の２つの実施形態に話を戻すと、使用されるバーナーは、必ずしも円筒形状を成している必要はなく、扁平形状または半球状を成していても良い。この場合でも、バーナーはドアに対して依然として固定されたままである。

プラスチックケーシングを使用することによって軽くなる重量は、同じ性能を有するがそのケーシングが金属から成る同様の装置に対して約２０％である。

図１３および図１４に示される変形例に係る変換器は、図５〜図７に関して前述した変換器とその構造が類似している。そのため、この構造についてはここで再び説明しない。

しかしながら、前述したように、この変換器は、熱シールドの機能を果たすシュラウド（覆い）を有している。

具体的には、巻回体２を取り囲むケーシング１の壁の環状部の内側には、シュラウド１００が設けられている。このシュラウド１００は、薄いステンレススチールシートによって形成されており、その厚さが例えば約０．３〜０．４ｍｍである。

このシュラウドは、例えば約２ｍｍの特定の間隔ｊ（図１３参照）をもって、ケーシングの内面に当接している。このような離間は複数のベアリングスタッド１０１によって行なわれ、これらのベアリングスタッド１０１は、シートから小サイズのカップを打ち出してシュラウドの外側に突出するボスを形成することにより構成される。シュラウドを構成する２つの部分におけるシートの展開図を表わす図１５および図１６に示されるように、これらのボス１０１は、シートの表面内で均一な幾何学的分布を成しており、この場合には、等しい正三角形として配置されている。

実質的に点領域である非常に小さい面積の領域でケーシング１と当接するボス１０１の存在および間隔ｊにより、シュラウド１００によって吸収される熱がシュラウドを取り囲む壁に伝達されることをかなり減らすことができる。

シュラウドは、その前側の端部が対向板３に当接し、その後側の端部が隔壁８−８’に当接している。

シュラウドの軸長は、巻回体２の軸長にほぼ対応しており、図１３では参照符号Ｋで示されている。

図示の実施形態において、シュラウド１００は、図１５および図１６にそれぞれ参照符号１００ａ，１００ｂで示される当初は平坦である２つの別個の部品によって形成されている。これらの部品は、幅がＫでかつ長さがそれぞれＬ１，Ｌ２であるステンレススチールシートから成るストリップである。

各ストリップ１００ａ，１００ｂは、その長手方向縁部に、略半円形状または半楕円形状を成す一連の４つの切り欠き１０２を有しており、これらの切り欠きの形状は、チューブの端部が貫通する壁の高さにおけるチューブの端部の断面形状と相補的関係を成す。

ストリップ１００ａの長さＬ_１は、ストリップ１００ｂの長さＬ_２よりも十分に長い。

長さの合計Ｌ_１＋Ｌ_２は、ケーシング１の壁の曲率に適合するようにストリップ１００ａ，１００ｂが丸められた後においては、ストリップ１００ａ，１００ｂが圧接されるケーシング１の内壁の全周にほぼ対応している（間隔ｊを考慮して）。図１４から分かるように、このケーシングは、角部が丸みを帯びた正方形と円との間の中間の外形を成す断面を有している。

短い部材１００ｂは、チューブの口部２０’，２１’が位置される側であってこれらの口部の外側（図１４の左側）に配置されており、一方、長い部材１００ａは他方側に配置されている。

これらの部材１００ａ，１００ｂは、（Ｘ−Ｘ’と平行な）その長手方向縁部が突き合わされ、巻回体２を構成するチューブの端部または口部をしっかりと取り囲む（挟持する）。この場合、チューブの端部または口部は、この目的のために適切に形成されて位置決めされた部材の切り欠き１０２による僅かなクリアランスをもって取り囲まれる。

シートから成る２つのストリップは、その弾性により、特定の固定手段を使用することなく、そのボス１０１がケーシングの内面に対して圧接される。したがって、これらのストリップは、比較的シールされた状態で、交換器内を還流する熱いガスからケーシングの上記内面を断熱するシュラウドを形成し、それにより、熱シールドまたは等温シールドの機能を果たす。

図１３に示される実施形態の場合と同様に、ケーシング１の壁が内側に向かう凹部８０を有し、この凹部８０内に温度プローブ９が収容される場合、シュラウドは、凹状の壁部が挿通される適当な開口によってこの領域を横切ることは言うまでもない。したがって、この領域において、熱的に保護されないケーシングの壁は、シュラウドによって保護される壁の残りの部分の温度よりも高い温度に晒される。

実際には、これによって何ら問題は生じない。なぜなら、この領域が非常に限られた面積しか有しておらず、また、ここで生じた過度の熱があまり熱くない隣接する壁領域に向かって熱伝達により逃がされるからである。

シュラウドの存在は、ケーシングの壁が晒される温度を約１５〜２０℃の値だけ下げる効果があり、これにより、前述した（シュラウドが設けられていない）実施形態と共に使用できるプラスチックほど貴重ではなく従って高価ではないプラスチックを使用することができ、および／または、長期にわたって安定性を向上させることができるとともに、その耐久性も高めることができる。

図２のＩ−Ｉ線に沿う垂直面で切断された本発明の第１の実施形態の概略正面図である。 図１の装置の概略的な左側面図である。 チューブ束およびその保持手段だけを示す図１に類似する図である。 チューブ束およびその保持手段だけを示す図２に類似する図である。 その全ての軸方向寸法が小さい交換器の第２の実施形態を示す図１に類似する図である。 束を保持するために交換器で使用される方法を示す、図５の交換器の側面図である。 保持手段の正面図を概略的に示している。 図５に示される温度検出器に代えて使用できる温度検出器の変形例を示す詳細図である。 図５の装置の動作を示している。 バーナーが設けられていない本発明に係る交換器の第３の実施形態を示す図１に類似する図である。 バーナーが設けられていない本発明に係る交換器の第３の実施形態を示す図２に類似する図である。 バーナーが設けられていない本発明に係る交換器の第３の実施形態を示す図３に類似する図である。 本発明に係る交換器の概略正面図であり、交換器が図５の実施形態と類似するが熱シールド機能を果たすシュラウドを有している図である。 巻回体の軸を通る垂直面で切断した本発明に係る交換器の概略側面図であり、交換器が図５の実施形態と類似するが熱シールド機能を果たすシュラウドを有している図である。 シュラウドを構成する２つのストリップ状部材（丸められていない状態）のうちの一方を概略的に示している。 シュラウドを構成する２つのストリップ状部材（丸められていない状態）のうちの他方を概略的に示している。

Claims (18)

1. ガスバーナーまたは燃料バーナー（６）に関連付けられる凝縮熱交換器であって、少なくとも１つのチューブ束（２）を備え、この束は、１つのチューブまたは端部同士をつないで配列された一群のチューブによって構成されて螺旋状の巻回体を形成し、１または複数の前記チューブの壁は、熱伝導性が高い材料によって形成されるとともに、その主軸が前記螺旋の主軸（Ｘ−Ｘ’）に対して垂直または略垂直である扁平な楕円断面を有しており、２つの隣り合う１巻き部分同士を離間させる隙間の幅は、一定であるとともに、前記断面の厚さよりも小さく、前記束はガス不透過性のケーシング（１）の内側に装着固定され、前記束（２）を構成する１または複数の前記チューブ内で加熱される流体を還流させるための手段が設けられ、前記ケーシング（１）は、燃焼済みガスを排出するためのスリーブ（１２）を有し、これにより、前記バーナー（６）によって形成される熱いガスが、前記束の１巻き部分同士の間の隙間を通じて、前記束を径方向または略径方向に通過するようになっている凝縮熱交換器において、一方で、前記ケーシング（１）が耐熱プラスチックによって形成されるとともに、他方で、前記束をその軸方向で機械的に保持する保持手段（５；３−３０）を有し、これらの保持手段は、前記チューブ束内で還流しかつチューブ束の壁を変形させる傾向がある流体の内圧によって生じるスラスト荷重を吸収することができる一方で、これらのスラスト荷重が前記ケーシング（１）に伝わることを防止し、
   前記保持手段は、前記束（２）の外側で前記螺旋の主軸（Ｘ−Ｘ’）と平行に延びる複数の結合体（５）から成る組を備え、前記結合体の端部は、前記束の両側の２つの面に圧接する支持部材（３，３０）に固定されている、凝縮熱交換器。
2. 前記ケーシング（１）によって支持された温度プローブ（９；９’）を有し、この温度プローブは、このプローブの近傍で前記ケーシング内に広がる温度が所定の閾値を超える時に前記バーナーの動作を停止させることができる、請求項１に記載の交換器。
3. 前記結合体の組の端部の一方に位置された前記支持部材（３，３０）は、薄いプレートであり、このプレートは、その中心部が切り取られており、その結果、環状を成している、請求項１に記載の交換器。
4. 前記プレート（３）は、前記ケーシングの開口面を部分的に閉じる対向板としての機能を果たすとともに、前記ケーシングの外周に対して固定されている、請求項３に記載の交換器。
5. 前記結合体の端部（５０）は、前記対向板（３）を貫通して外側に僅かに突出しており、これらの端部（５０）が貫通することにより、ドア（４）をナット（４００）により前記対向板に対して取り外し可能に装着することができる、請求項４に記載の交換器。
6. 前記ドア（４）が前記バーナー（６）に固定される、請求項５に記載の交換器。
7. ４つの前記結合体（５）が略正方形を成して配置され、前記対向板と反対側に位置された前記支持部材は、一対の弓形あるいは屈曲したストラップ（３０ａ，３０ｂ）から成り、これらのストラップは、前記束（２）の輪郭に沿うように形成されるとともに、前記束の２つの正反対の領域に圧接し、前記各ストラップ（３０ａ，３０ｂ）は一対の隣り合う前記結合体（５）に対して固定されている、請求項３から６のいずれか一項に記載の交換器。
8. 前記ケーシング（１）を構成する前記プラスチックは、ガラス繊維強化樹脂またはガラス片強化樹脂に基づく複合材料である、請求項１から７のいずれか一項に記載の交換器。
9. 前記樹脂は、ポリフェニレン・オキシドとポリスチレンとポリプロピレンとから成る化合物である、請求項８に記載の交換器。
10. 端部同士を対向位置させて互いに接続される同軸チューブ（２ａ，２ｂ）から成る２つの束を備え、前記束の一方が一次交換器としての機能を果たし、前記束の他方が二次交換器としての機能を果たし、これらの２つの束同士の間には偏向部材（７）が挟み込まれ、この偏向部材により、前記バーナーによって形成される熱いガスは、最初に前記一次交換器（２ａ）を通過して、この一次交換器の１巻き部分同士を離間させる隙間を内側から外側へと通過した後、前記二次交換器（２ｂ）を通過するとともに、この二次交換器の１巻き部分同士を離間させる隙間を外側から内側へと通過し、その後、前記スリーブ（１２）から排出される、請求項１から９のいずれか一項に記載の交換器。
11. 前記デフレクタ（７）が前記チューブ束（２ａ，２ｂ）に対して固定されている、請求項１０に記載の交換器。
12. 前記バーナー（６）は、前記一次交換器（２ａ）としての機能を果たす前記束の内側に装着され、前記デフレクタ（７）は、円板形状を成すとともに、前記バーナーの端部に固定され、前記デフレクタの外周には、前記束の内面に当接する断熱シールが設けられている、請求項１０に記載の交換器。
13. 前記ケーシング（１）は、互いに突き合わされて例えば溶接により互いに固定された２つの成形シェル半体から成る、請求項１から１２のいずれか一項に記載の交換器。
14. 前記束（２）の外側でかつ前記プラスチックケーシング（１）の内側に配置されたシュラウド（１００）を有し、このシュラウド（１００）は、燃焼済みガスによって発せられた熱から前記ケーシングを断熱することができる熱シールドとしての機能を果たす、請求項１から１３のいずれか一項に記載の交換器。
15. 前記シュラウド（１００）が薄いステンレススチールシートによって形成されている、請求項１４に記載の交換器。
16. 前記シュラウド（１００）は、前記プラスチックケーシング（１）の内面に付設されるが、前記内面から一定の距離に維持されている、請求項１４または１５に記載の交換器。
17. 前記シュラウド（１００）は、２つの相補的な丸められた部品（１００ａ，１００ｂ）から成り、これらの部品は、互いに突き合わされることにより、前記プラスチックケーシング（１）の内面に対して嵌め付けられる環状ケーシングを形成する、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の交換器。
18. 前記丸められた部品（１００ａ，１００ｂ）の互いに対向する縁部は、略半円状または半楕円状の切り欠き（１０２）の列を有し、これらの切り欠きは、前記丸められた部品（１００ａ，１００ｂ）が互いに突き合わされた際に、前記巻回体を構成する１または複数のチューブの直線状の端部をしっかりと取り囲むことができる、請求項１７に記載の交換器。

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