JP6406614B2 - 熱交換器のヘッダおよびこれを備えた熱交換器 - Google Patents
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Description
同文献に記載の熱交換器は、複数の伝熱管を収容するケースの側壁部の一部を、ケースの外方に膨出させており、この膨出部に補助部材を嵌合させることにより、内部にチャンバが形成された入水用または出湯用のヘッダを構成している。前記膨出部の先端壁部には、複数の伝熱管を溶接し、これらの伝熱管の内部をチャンバに連通させている。
このような構成によれば、前記ヘッダを利用し、複数の伝熱管に対する湯水の流入出を適切に行なわせることが可能であることは勿論のこと、前記ヘッダは、ケースの側壁部を利用して形成されているために、部品点数の少数化や全体の小型化を図ることができる。また、製造コストの低減化も好適に図ることができる。
このようなことを解消するための手段としては、ヘッダの各部の厚みを大きくすることにより剛性を高めることが考えられる。ところが、このような手段を単に採用しただけでは、製造コストの上昇や重量の増大を招いてしまう。
すなわち、ヘッダの第1および第2の壁部のうち、少なくとも一方の壁部がチャンバの内側に向けて突出した湾曲形状であると、チャンバ内の圧力が前記一方の壁部に作用した際に、この壁部には圧縮応力を生じさせることができ、前記圧力に対する壁部の強度を高めることが可能となる。本発明とは異なり、チャンバ内の圧力を受ける壁部が、たとえばフラットな形状、あるいはチャンバの外側方向へ突出するように湾曲した形状である場合には、チャンバ内の圧力を受けた際に壁部には引張応力が発生し、曲げ変形(撓み変形)を生じ易くなる。これに対し、本発明の前記構成によれば、そのような不具合を適切に回避し、ヘッダの第1および第2の壁部の少なくとも一方については、チャンバ内の圧力変動に起因する曲げ変形を生じ難くすることができる。その結果、ヘッダの厚肉化を抑制しながらも、ウォータハンマなどに起因してチャンバ内の圧力が大きく上昇するような現象に対して適切に対応し得る強度をヘッダにもたせることができる。
また、前記構成によれば、前記凸状部が設けられていることに基づき、本発明の第2の側面により提供される熱交換器のヘッダについて後述するのと同様な効果も得られる。
すなわち、ヘッダの第1の壁部については、前記凸状部が設けられていることにより、壁部全体の断面係数を大きくし、剛性を高くすることが可能である。その結果、ヘッダの厚肉化を抑制しながらも、ウォータハンマなどに起因してチャンバ内の圧力が大きく上昇するような現象に対して適切に対応し得る強度をヘッダにもたせることができる。
加えて、前記凸状部は、複数の伝熱管の接続箇所からオフセットされた箇所に設けられるため、この凸状部を比較的大きなサイズで形成することが可能である。このことにより、第1の壁部の強度アップを効果的に図ることができる。
このような構成によれば、本発明の第1または第2の側面により提供される熱交換器のヘッダについて述べたのと同様な効果が得られる。
なお、後述する複数の実施形態において、先に説明する実施形態とその後に説明する実施形態において、互いに同一または類似の構成要素については同一符号を付すこととし、重複説明は省略する。
図1および図2に示す熱交換器HE1は、たとえば給湯装置における潜熱回収用の熱交換器であり、ガスバーナなどのバーナ(図示略)によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なって湯水加熱を行なう用途に用いられる。
この熱交換器HE1は、前記特許文献1に記載された熱交換器とその基本的な構成は同様であり、ケース2、このケース2内に収容された複数本の伝熱管1、およびこれら複数本の本伝熱管1の下端部および上端部に繋がった入水用および出湯用の一対のヘッダH(Ha,Hb)を具備している。
ここで、先端壁部22bは、本発明でいうヘッダの「第1の壁部」の一例に相当する。
先端壁部22bは、その外周縁寄り領域よりも中央寄り領域の方がケース2の外側(後述するチャンバ36の内側)に位置するように適当な曲率半径Raで湾曲した形態とされている。先端壁部22bを湾曲させる加工は、膨出部22をプレス成形する際に同時に行なうことが可能である。複数本の伝熱管1は、先端壁部22bに設けられた複数の孔部23に挿入され、かつ先端壁部22bに溶接されている(図3の符号W1はその溶接部分を示す)。
図6に示す熱交換器HE2においては、膨出部22の先端壁部22b(ヘッダの第1の壁部)に加え、補助部材3の壁部30a(ヘッダの第2の壁部)についても、チャンバ36の内側に適当な曲率半径Rbで湾曲した形態とされている。
このような構成によれば、壁部30aについても、先端壁部22bと同様な原理によって強度を高めることが可能となる。したがって、ヘッダHの各部の薄肉化を図りつつ、全体の強度を高める上で、より好ましいものとなる。
図7に示す熱交換器HE3においては、膨出部22の先端壁部(ヘッダの第1の壁部)については、フラットな形状とされており、かつ補助部材3の壁部30a(ヘッダの第2の壁部)については、チャンバ36の内側に湾曲した形態とされている。
このような構成によれば、先端壁部22bについては強度を高めるための手段は講じられていないものの、壁部30aの強度を適切に高めることができるため、従来技術と比較すると、やはり好ましいものとなる。
図8に示す熱交換器HE4においては、ケース2に形成された膨出部22の先端壁部22b(ヘッダの第1の壁部)は、基本的にはフラットな形態(非湾曲状)とされており、この先端壁部22bのうち、複数の伝熱管1の接続箇所どうしの間の位置には、凸状部27が設けられている。この凸状部27は、先端壁部22bにプレス加工を施すことにより形成されたものであり、チャンバ36の内側に向けて突出している。ただし、これとは反対にチャンバ36の外側に向けて突出した構成とすることもできる。
図8に示した凸状部27は、縦長の略矩形状とされているが、凸状部27の具体的な形状はこれに限定されない。たとえば図9(a)に示すような円形状または点状、あるいは同図(b)に示すような略長円状などとすることが可能である。
図10に示す熱交換器HE5においては、前記した熱交換器HE4と同様に、膨出部22の先端壁部22bに凸状部27が設けられているが、この凸状部27は、複数の伝熱管1の接続箇所から上下方向にオフセットされた位置に設けられ、かつ複数の伝熱管1が並ぶ方向(水平方向)と同方向に延びた形態とされている。
本実施形態によっても、先端壁部22bを補強することが可能であるが、凸状部27を複数の伝熱管1の溶接箇所に接近させ、しかも大きなサイズに形成することができるため
に、伝熱管1の溶接箇所に大きな応力を生じることを防止する上で、やはり好ましいものとなる。
図面には示されてないが、前記したような凸状部27は、先端壁部22bに代えて、または加えて補助部材3の壁部30a(ヘッダの第2の壁部)に設けた構成とすることもできる。
図11に示す熱交換器HE6においては、膨出部22の先端壁部22b(ヘッダの第1の壁部)は、チャンバ36の内側へ湾曲した形状とされているとともに、この先端壁部22bには、複数の凸状部27が設けられた構成とされている。
このような構成によれば、先端壁部22bが湾曲したことによって水圧Paに対する強度が高まる効果と、凸状部27による補強効果との相乗効果に基づき、先端壁部22bの強度をさらに高めることができる。
図面には示されてないものの、壁部を湾曲させ、かつ補強用の凸状部27を設ける手段は、先端壁部22bに代えて、または加えて、補助部材3の壁部30a(ヘッダの第2の壁部)に適用した構成とすることもできる。
図12に示す熱交換器HE7は、複数の伝熱管1が略水平な姿勢の蛇行状管体部とされ、かつ上下高さ方向に並んでいる。ヘッダHは、ケース2の側壁部21にケース2の内側方向へ膨出した膨出部22を形成し、かつこの膨出部22に補助部材3を嵌入させて接合することにより構成されている。膨出部22の先端壁部22bは、複数の伝熱管1との接続が図られた壁部であり、本発明でいうヘッダの第1の壁部に相当する。この先端壁部22bは、チャンバ36の内側に突出するように適当な曲率半径Raで湾曲した形状とされている。なお、補助部材3のうち、先端壁部22bに対面する壁部30aは、本発明でいうヘッダの第2の壁部に相当する。膨出部22の外周壁部22aおよび補助部材3の周壁部30bは、ヘッダHの周壁部に相当する。
図12に示した熱交換器HE7は、先端壁部22bを湾曲させて先端壁部22bの強度を高めた例であるが、先に述べた第2ないし第6の熱交換器HE2〜HE6に講じられているような手段を適宜採用し得ることは勿論である。
本発明に係る熱交換器は、給湯装置における潜熱回収用の熱交換器に限らず、湯水加熱用途以外の種々の用途に用いることが可能である。
H ヘッダ
1 伝熱管
2 ケース
21 側壁部(ケースの)
22 膨出部
22b 膨出部の先端壁部(ヘッダの第1の壁部)
27 凸状部
3 補助部材
30a 補助部材の一部(ヘッダの第2の壁部)
30b 補助部材の他の一部(ヘッダの周壁部)
36 チャンバ
Claims (6)
- 熱交換器の複数の伝熱管が一定方向に並ぶようにして接続された第1の壁部と、
この第1の壁部に間隔を隔てて対面する第2の壁部と、
前記第1および第2の壁部の相互間領域を流体流入用のチャンバとして形成するように前記第1および第2の壁部の外周縁部どうしを繋ぐ周壁部と、
を備えている、熱交換器のヘッダであって、
前記第1および第2の壁部の少なくとも一方の壁部は、この壁部の外周縁寄り領域よりも中央寄り領域の方が前記チャンバの内側に位置するように湾曲しており、
前記第1の壁部には、前記チャンバの内側または外側へ部分的に突出する少なくとも1つの凸状部が設けられており、
この凸状部は、前記複数の伝熱管の接続箇所に対して前記一定方向とは交差する方向にオフセットされた箇所に位置し、かつ前記一定方向において前記複数の伝熱管の接続箇所とオーバラップするように前記一定方向に一連に延びていることを特徴とする、熱交換器のヘッダ。 - 熱交換器の複数の伝熱管が一定方向に並ぶようにして接続された第1の壁部と、
この第1の壁部に間隔を隔てて対面する第2の壁部と、
前記第1および第2の壁部の相互間領域を流体流入用のチャンバとして形成するように前記第1および第2の壁部の外周縁部どうしを繋ぐ周壁部と、
を備えている、熱交換器のヘッダであって、
前記第1の壁部には、前記チャンバの内側または外側へ部分的に突出する少なくとも1つの凸状部が設けられており、
この凸状部は、前記複数の伝熱管の接続箇所に対して前記一定方向とは交差する方向にオフセットされた箇所に位置し、かつ前記一定方向において前記複数の伝熱管の接続箇所とオーバラップするように前記一定方向に一連に延びていることを特徴とする、熱交換器のヘッダ。 - 請求項1または2に記載のヘッダであって、
前記凸状部は、前記チャンバの内側へ突出している、熱交換器のヘッダ。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載のヘッダであって、
前記第1の壁部のうち、前記複数の伝熱管の接続箇所どうしの間の位置に設けられた追加の凸状部を、さらに備えている、熱交換器のヘッダ。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の熱交換器のヘッダを備えていることを特徴とする、熱交換器。
- 請求項5に記載の熱交換器であって、
前記複数の伝熱管を収容するケースを備え、かつこのケースの側壁部には、このケースの外方または内方に向けて突出する膨出部が形成されているとともに、前記側壁部には、前記膨出部との相互間において前記チャンバを形成する補助部材が接合されていることにより前記ヘッダが構成されており、
前記膨出部の先端壁部が、前記ヘッダの前記第1の壁部とされ、かつ前記補助部材の一部が前記第2の壁部とされている、熱交換器。
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