JP6840008B2 - 熱交換器、熱交換ユニットおよび熱源機 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば燃焼排気の潜熱などを熱交換に用いる熱交換技術に関する。

給湯装置などの熱源機には、燃料ガスの燃焼排気の熱を水や熱媒などの被加熱流体に熱交換させる熱交換器を備えている。熱交換器は、たとえば排気通路を流れる燃焼排気との接触面積を大きくするために複数の管路を備え、その内部に被加熱流体を流して熱交換させる。
このような熱交換器では、同方向に並べた複数の直管の両端に対してそれぞれヘッダを接続し、熱交換器内に取り込んだ被加熱流体を複数の直管に通過させて熱交換させることで、熱回収率の向上が図られている（例えば、特許文献１）。

特開２００５−２７４０２８号公報

ところで、熱交換器では、性能を正常に発揮するために、被加熱流体が管路とヘッダとの接続部分などから漏れるのを防止する必要がある。そのため、管路とヘッダが接続する部分に対して溶接やろう付けなどによる封止処理を施している。
しかしながら、熱交換器は、排熱の回収効率を上げるために複数の管路を密集して配置するとともに、直管の両側にヘッダを備えるために封止処理を含む組立て作業の工数が膨大で、かつ複雑化するという課題があった。このような作業工数が多くなるほど製造効率が上げ難く、また封止処理の不良箇所の発生確率の低減が困難となるという課題がある。

斯かる課題について、引用文献１に開示された構成では解決することができない。

そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、熱交換器の組立工程の簡素化とともに、管路が接続されるヘッダとの間で被加熱流体の漏れの発生を低減させた熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の熱交換器の一側面は、管路内に流す被加熱流体を燃焼排気と熱交換させる熱交換器であって、管路に形成された屈曲部により管路の流入口と流出口が同一方向またはそれに近い方向に開口された複数の熱交換管と、外部から被加熱流体を取り込んで、一部の前記熱交換管の前記流入口に被加熱流体を流す供給部と、上流側の前記熱交換管の前記流出口と下流側にある他の前記熱交換管の前記流入口が同一空間に接続され他の前記熱交換管に被加熱流体を流す通水部と、熱交換後の被加熱流体を排出する排出部とを含むヘッダとを備え、前記ヘッダは、前記熱交換管の前記流入口および前記流出口と接続する複数の開口部を備え、該開口部内に前記熱交換管を挿通させて支持する支持板と、前記支持板と接合して密閉空間を形成し、被加熱流体を取り込んで前記供給部内に流す給水口と、熱交換後の被加熱流体を前記排出部から外部に流す排水口を備える蓋部と、前記支持板と前記蓋部との間に立設され、前記支持板に接続された複数の前記熱交換管を所定数ずつ仕切る仕切り壁と、前記仕切り壁と前記蓋部の接続部分の一部に設けられた空隙部とを備える。

上記熱交換器において、前記熱交換管は、内部に流れる被加熱流体と、燃焼手段から排出された燃焼排気のうち、主として潜熱と熱交換させる二次熱交換器であってよい。

上記熱交換器において、前記熱交換管は、燃焼排気の流れ方向に対して交差方向に被加熱流体を流す管路が向けられ、かつ燃焼排気の流れ方向およびその上下方向に沿って複数本が平行に配置されるとともに、前記燃焼排気の流れ方向に対して交差方向に所定量ずつ配置位置をずらしてマトリクス状に配置されてよい。

上記熱交換器において、前記ヘッダは、前記支持板の周縁の一部または全部に、外部部材との接触により前記ヘッダを支持する接触部を備えてよい。

上記熱交換器において、前記ヘッダの前記給水口および前記排水口は、各開口部内の一部または全部に、外部から被加熱流体を導く流入手段または熱交換後の被加熱流体を排出する排出手段の一部を嵌合させる嵌合部を備えてよい。

上記目的を達成するため、本発明の熱交換ユニットの一側面は、収納部内の所定方向に燃焼排気を流す筐体を備え、前記収納部内に上記の熱交換器を備える。

上記目的を達成するため、本発明の熱源機の一側面は、上記の熱交換器を備え、または上記の熱交換ユニットを備え、被加熱流体を加熱し、該被加熱流体を用いて給湯または暖房を行う。

本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。

(1) 屈曲部を備えるとともに入側と出側を同じ方向に向けた複数の管路を、同方向に配置したヘッダに接続して、内部に被加熱流体を流すことで、管路とヘッダの接続工程および接続部分の密封工程を減らすことができる。

(2) 熱交換器の製造工程を減らすことで、組立て作業の迅速性を図ることができるとともに、作業ミスの発生の可能性を減らすことが期待できる。

(3) 管路の接続部分について封止処理の負荷を低減させることで、管路から被加熱流体が漏れ出す可能性を低減させることができる。

(4) ヘッダを管路に対して一方のみに備えることで、熱交換器の軽量化を図ることができる。

(5) 管路の一端側にヘッダを備え、他端側を自由端にすることで燃焼排気により加熱された熱交換管の伸縮による変形が可能となり、熱に対する耐性を向上させることができる。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

一実施の形態に係る熱交換器の構成例を示す図である。 熱交換器の分解斜視図である。 ヘッダ内の領域の構成例を示す図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面を示す図である。 熱交換管の配置構成例を示す図である。 ヘッダ内の仕切り壁の構成例を示す図である。 実施例１に係る熱交換ユニットの一例を示す図である。 熱交換ユニットの構成例を示す分解斜視図である。 熱交換ユニットに対する燃焼排気の通流状態の一例を示す図である。 筐体に設置されるジョイントの構成例を示す図である。 筐体に対してジョイントが設置された状態例を示す図である。 実施例２に係る熱源機の構成例を示す図である。 熱交換器の他の構成例を示す図である。 熱交換器の他の構成例を示す図である。

〔一実施の形態〕

図１は、一実施の形態に係る熱交換器の構成例を示している。図１に示す構成は一例であり、本願発明が係る構成に限定されない。

この熱交換器２は、たとえば図１に示すように管路内部に水や熱媒などの被加熱流体を流す複数の熱交換管４と、この熱交換管４に接続されて被加熱流体を所定の方向に導くヘッダ６を備えている。熱交換器２は、たとえば図示しない燃焼手段の一例であるバーナの燃焼などにより生じる高温の燃焼排気を熱交換管４に接触させて、その内部に流れる被加熱流体と熱交換させる。この熱交換管４は、たとえば銅、ステンレス、チタンなどのほか、熱伝導性が高く、かつ高温の燃焼排気に耐えられる金属や樹脂などで形成される。これにより、燃焼排気の熱が熱交換管４を介して管内の被加熱流体と熱交換し、被加熱流体が加熱されるのに対して燃焼排気が冷却される。

熱交換管４は、たとえば円管であって、各管がそれぞれの管路長の方向に対して所定の位置に屈曲部８が形成されている。この熱交換管４は、たとえば直管の所定位置に対し、一端側の開口部を他端側に向けるように、１８０〔°〕またはそれに近い角度に曲げ加工して形成してもよい。すなわち、熱交換管４は、両端側から等距離またはそれに近い位置で屈曲され、その両端が同じ方向にまたはそれに近い方向に向けられた、所謂「Ｕ」字形状となっており、ヘッダ６に対して片持ち梁状態で支持される。これにより熱交換管４は、たとえば被加熱流体を取り込む流入口を備えた往管１２と、屈曲部８を介して他端側の流出口１４を備える戻り管１６を備える。熱交換管４の屈曲部８は、たとえば内壁側に流れる被加熱流体の流動抵抗が大きく成らないように、曲率半径が設定されればよい。

熱交換器２は、たとえば縦方向および横方向に複数の熱交換管４が平行に並べられており、所謂マトリクス状に配置される。具体的には、この熱交換器２には、上段に３つの熱交換管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃが並列に配置されている。またその下の段には３つの熱交換管４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを並列に備えるほか、さらに下段側に複数の熱交換管を並列に備えればよい。熱交換管４の設置数は、熱交換器２の給湯能力に影響を与えるものであり、たとえば設置する給湯器の給湯能力、熱媒供給能力、またはバーナの燃焼能力等に応じて決めればよい。

＜ヘッダ６の構成＞

ヘッダ６は、熱交換管４に被加熱流体を導く構成の一部である。熱交換器２には、全ての熱交換管４の流入口１０および流出口１４が同等な方向に並列に配列され、その全ての流入口１０および流出口１４が単一のヘッダ６に接続される。このヘッダ６は、たとえば熱交換管４が接続される接続面と、その接続面に対して反対側の面に、給水口２０と排水口２２を備えている。給水口２０は、たとえば図示しない給水手段が接続されて外部から熱交換前の被加熱流体ＣＷまたは他の熱交換器等で熱交換された被加熱流体を取り込む開口部の一例である。また、排水口２２は、図示しない管路が接続され、熱交換された被加熱流体を熱交換器２から外部に排出させる開口部の一例である。

ヘッダ６は、１または複数の壁２４が設けられ、内部が複数の機能部となる領域に区分けられている。このヘッダ６内は、たとえば並列接続された複数の熱交換管４の数に応じて機能部を区分ける数が決まる。この機能部は、ヘッダ６に接続された複数の熱交換管４に対して、所定の順に被加熱流体を流すための構成である。

図１に示す熱交換器２のヘッダ６には、たとえば壁２４により、給水口２０が接続される供給部２６Ａ、通水部２６Ｂ、２６Ｃおよび排出部２６Ｄの４つの機能部の領域が形成される。この熱交換器２には、一例として並列に３本ずつの熱交換管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃが配置され、かつ高さ方向に複数段で熱交換管４が配置されており、これらがヘッダ６に接続される。熱交換器２では、ヘッダ６に取り込んだ被加熱流体を上段にある第１の熱交換管４１Ａ、第２の熱交換管４１Ｂ、第３の熱交換管４１Ｃの順に流して熱交換させる。これにより被加熱流体は、他の段でも同様に熱交換管４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの順に流される。

供給部２６Ａは、たとえば給水口２０から取り込んだ被加熱流体を第１の熱交換管４１Ａ、４２Ａ・・・に流す領域の一例である。通水管２６Ｂ、２６Ｃは、第１の熱交換管４１Ａ、４２Ａ・・・から第２の熱交換管４１Ｂ、４２Ｂ・・・側または第２の熱交換管４１Ｂ、４２Ｂ・・・から第３の熱交換管４１Ｃ、４２Ｃ・・・側に通水させる領域の一例である。排出部２６Ｄは、熱交換された被加熱流体を排水口２２側に流す領域の一例である。

なお、被加熱流体は、同じ段に配置された熱交換管４の間に流される場合に限られず、他の段に配置された熱交換管４側に流されてもよい。

＜ヘッダ６の内部構成＞
ヘッダ６の各開口部３６は、たとえば図２に示すように、支持板３０上に複数の熱交換管４の先端側が嵌められる。開口部３６は、たとえば熱交換管４の挿入方向に熱交換管４の先端側の一部を貫通されることで、ヘッダ６に対して熱交換管４を片持ち状に嵌合させる。この嵌合部分には、たとえば図示しない溶接処理またはろう付け処理が施され、ヘッダ６と熱交換管４との間で被加熱流体が流出するのを防止している。ヘッダ６には、支持板３０に対向して蓋部３２が配置され、この蓋部３２が支持板３０との間に被加熱媒体が流入可能な空間を形成する。また、支持板３０と蓋部３２との間には、たとえばヘッダ６内部を領域分けする壁２４を備えた仕切り部３４が配置される。仕切り部３４は、たとえば支持板３０に設定される仕切り距離や間隔に合せて壁２４の位置決めや、壁２４の立設状態を維持させるように、壁２４同士に跨る連結部を備えてもよい。また、仕切り部３４は、たとえば予め設定された幅で２枚の壁２４を固定した単一構成とし、ヘッダ６内に形成する領域数に応じて、この単一構成を組み合せて設置してもよい。

支持板３０の周縁部分には、単一または所定の間隔で複数個形成された係止爪３８を備える。この係止爪３８は、折り曲げることで支持板３０に重ね合わせた蓋部３２の天井の一部に係合し、蓋部３２と支持板３０を一体化させる。さらに、支持板３０の周面部分と、係止爪３８の一部は、たとえば熱交換器２を図１１に示したケース６２などに接触させて熱交換器２を載置させる接触部４０として機能する。

＜複数の熱交換管の領域分け＞
ヘッダ６には、たとえば図３に示すように、上下および左右に所定の間隔をとって複数の熱交換管４が並列に接続されており、これらの管路を壁２４によって区分けしている。供給部２６Ａには、たとえば各段の第１の熱交換管４１Ａ、４２Ａ・・・の往管１２のみが接続される。通水部２６Ｂには、たとえば第１の熱交換管４１Ａ、４２Ａ・・・の戻管１６と第２の熱交換管４１Ｂ、４２Ｂ、・・・の往管１２が接続される。通水部２６Ｃは、たとえば第２の熱交換管４１Ｂ、４２Ｂ、・・・の戻管１６と第３の熱交換管４１Ｃ、４２Ｃ、・・・の往管１２が接続される。また、排出部２６Ｄには、第３の熱交換管４１Ｃ、４２Ｃ・・・の戻管１６のみが接続される。

このうち、通水部２６Ｂは、たとえば段の異なる戻管１６同士が図中において右側の縦方向の２列で配置され、通水部２６Ｂに対する流入部５０となる。また通水部２６Ｂには、段の異なる往管１２同士が図中において左側の縦方向の２列で配置され、通水部２６Ｂに対する流出部５２となる。通水部２６Ｃにおいても同様に、流入部５０、流出部５２を備える。

＜熱交換管４の上下方向の配置＞
次に、上下方向の熱交換管の配置関係について、図４、図５を参照する。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面を示しており、図５は、熱交換管の配置構成例を示している。

熱交換器２には、たとえば図４に示すように、高さ方向に６段の熱交換管４１Ａ〜４６Ａを備えている。これらの熱交換管４１Ａ〜４６Ａは、たとえば上下にある他の熱交換管と位置をずらして配置されている。図４は、たとえばヘッダ６の供給部２６Ａ内に配置された熱交換管４を断面にして示している。これにより、一部の熱交換管４の中心を基準に断面にした場合、たとえば上段から偶数段が切断されるのに対し、奇数段は切断されないよう中心位置を左右方向にずらして配置されている。

また熱交換器２では、たとえば図５に示すように、上下方向に隣接する熱交換管４同士の間に、所定角度方向に間隔Ｌ１の隙間をもたせている。各熱交換管４は、たとえば往管１２および戻管１６が同等の管径ｄ１で形成されており、平行に配置された往管１２と戻管１６との間には、間隔ｄ２の空間が形成される。この間隔ｄ２は、たとえば管径ｄ１よりも広く設定されている。この間隔ｄ２は、熱交換管４の屈曲部８の曲げ度合いを示す曲率によりその大きさが決まる。

すなわち、一部の管路の中心を基準にした断面によっても切断されず、かつ上下方向に隣接する熱交換管４同士の間に間隔Ｌ１の隙間をもたせるために、各熱交換管４は、たとえば管路の半径以上の間隔をもたせてずらして配置すればよい。

この熱交換管４は、たとえば燃焼排気ＨＡの流れ方向に対して往管１２および戻管１６内に流す被加熱流体が交差する方向に配設される。つまり、熱交換管４の長手部分に対する燃焼排気ＨＡの接触量が大きく成る方向に配置されている。このような配置方向により、上下に隣接する熱交換管４は、たとえば燃焼排気ＨＡの排気方向に対して平行方向に中心位置をずらして配置される。そして、熱交換管４同士の隙間は、燃焼排気ＨＡの流れ方向に対して交差方向に形成される。熱交換管４は、たとえば燃焼排気ＨＡが往管１２の周面を通じて隙間内に流入し、間隔ｄ２を通過して戻管１６の周面に到達させやすくしている。これにより、熱交換管４に対する燃焼排気ＨＡの接触量を増加させることができ、熱交換器２による熱交換効率を高めることができる。

＜ヘッダ６内の仕切り構造＞
次に、ヘッダ６内の仕切り構造の一例を示す。図６は、ヘッダ内の仕切り壁の構成例を示している。

ヘッダ６内に設置された壁２４は、たとえば図６に示すように、支持板３０から蓋部３２の間に形成されるヘッダ６の空間に合せて高さおよび幅が形成されている。この壁２４には、たとえば蓋部３２と接触する部分の一部、またはそれ以外の一部に空隙部５４が形成されている。この空隙部５４は、たとえばヘッダ６の内部の残留空気を逃がすほか、ヘッダ６や熱交換管４の内部に貯まった被加熱流体の慣性力を逃がす。このように空隙部５４を壁２４に備えることで、水撃作用（ウォータハンマー）の発生を抑えることができる。

＜一実施の形態の効果＞
一実施の形態によれば、次の効果が得られる。

(1) ヘッダ６と熱交換管４との接続部分が全て１のヘッダ６の支持板３０上に形成されることで、熱交換器２の組立て工数の減少および組立て負荷の低減が図れる。

(2) 組立て工数の低減により、組立て作業のミスの発生の低減が期待できる。

(3) 上下方向に隣接する熱交換管を燃焼排気ＨＡの方向に平行にずらして隙間を形成することで、熱交換器２の内部側に燃焼排気ＨＡを通過させることができ、燃焼排気ＨＡからの熱回収の割合を増やすことができる。

(4) 熱交換管４の片側のみにヘッダ６を備えることで、熱交換器２の小型化、軽量化とともに、管路数の増加が期待できるとともに、熱源機の小型化や軽量化を図れる。

(5) 熱交換管４をヘッダ６に対して片持ち状に設置させることで、熱交換管４はヘッダ６に接続されない屈曲部８やその間の管路上において高温の燃焼排気ＨＡに接触しても、自由端方向に管路が延伸可能であるので、熱源機の損傷や一部の熱源機が延伸したことによる他の熱交換器への影響や熱交換器の損傷を回避することができる。

(6) ヘッダ６内を仕切る壁２４の一部に空隙部５４を設けることで、熱交換器２内の残留被加熱流体、残留空気、被加熱流体の慣性力等による、ヘッダ６や管路内の損傷を防止でき、熱交換器２の信頼性を向上させることができる。

〔実施例１〕

＜実施例１の熱交換ユニット＞
図７は、実施例１に係る熱交換ユニットの構成例を示している。この実施例１の熱交換ユニット６０は、給湯器などの熱源機に設置される二次熱交換器を構成する。熱交換ユニット６０において、図１および図２と同一部分には同一符号を付している。

この熱交換ユニット６０は、たとえば図７に示すように、内部に熱交換器２を収納するとともに、燃焼排気をその熱交換器２側に導くケース６２を備える。このケース６２は、本開示の筐体の一例であって、正面壁６４、側壁６６、６８を備えるとともに、上面を塞ぐ蓋部７０を備えている。
なお、この実施例では、ケース６２の上部側に図示しない開口部が向けられる場合を想定しているが、この熱交換ユニット６０が設置される熱源機に応じて、蓋部７０を下側に向けて配置される場合も含む。また、正面壁６４は、熱源機に対して熱交換ユニット６０が設置される向きを示すものではない。

正面壁６４には、たとえば収納された熱交換器２の側面の一部または全部を露出させる位置や大きさの排出口７２が形成されている。この排出口７２は、ケース６２内を通過して熱交換された燃焼排気を外部に排出する手段の一例である。排出口７２は、単一の開口に限られず、たとえば必要な排気条件を満たすのに必要な開口面積に基づいて、小型の穴を複数個設けてもよい。そのほか、排出口７２は、熱交換器２を通過した燃焼排気の排気経路に応じて、開口位置や大きさ、数などを設定してもよい。

側壁６６には、外部から被加熱流体を供給する管路などを接続する給水ジョイント７４、熱交換器２側から排出された熱交換後の被加熱流体を図示しない給湯管路などに接続するための排水ジョイント７６を備えている。給水ジョイント７４および排水ジョイント７６は、図示しない管路に対して接続するためのコネクタ部品の一例であり、被加熱流体をヘッダに向けて導く流入手段または熱交換後の被加熱流体をヘッダから外部に排出する排出手段として機能する。給水ジョイント７４および排水ジョイント７６は、たとえば管路と密閉状態で接続させるための係合手段を備える。図７では給水ジョイント７４を燃焼排気の流れの上流とし、排水ジョイント７６は燃焼排気の流れの下流としたが、その逆でもよい。
そのほか、側壁６８や蓋部７０は、たとえばケース６２内部と外気とを接触させないように、密着状態で接続されている。

ケース６２には、たとえば図８に示すように、正面壁６４や側壁６６、６８によって囲まれた収納部７８内に熱交換器２が配置される。またケース６４の底板部８０には、たとえば一部に燃焼排気ＨＡを取り込む燃焼排気取込口８２やこの燃焼排気取込口８２の開口部分に対向して配置された風向板８４を備えるほか、熱交換器２を載置させる載置部８６を備える。
風向板８４は、たとえば燃焼排気ＨＡを燃焼排気取込口８２の開口面から収納部７８の背面方向に向けて流す手段の一例である。

＜燃焼排気の通流状態＞
ケース６２には、たとえば図９のＡに示すように、燃焼排気取込口８２を通じて底板部８０側から収納部７８内に高温の燃焼排気ＨＡが流れ込む。このとき燃焼排気取込口８２の開口面を覆う角度に設置された風向板８４に燃焼排気ＨＡを当てることで、燃焼排気ＨＡが風向板８４の表面を伝って収納部７８内に拡散される。これにより燃焼排気の流入方向と収納部７８内の通流方向が異なっても、燃焼排気ＨＡの流れを偏らずに安定化させることができる。
収納部７８内では、たとえば図９のＢに示すように、燃焼排気ＨＡがその通流方向に対して交差方向に被加熱流体を流すように配置された熱交換管４の表面に接触して熱交換が行われる。そして、熱交換管４を通過すると、被加熱流体によって熱を奪われた低温の排気ＣＡが排出口７２からケース６２外に排出される。

そのほか、底板部８０上の載置部８６は、たとえば熱交換器２の配置位置に対して所定幅の突起部材が複数個形成されており、この突起部分の面上に熱交換管４やヘッダ６の一部を接触させる。熱交換器２は、たとえば図１０に示すように、ヘッダ６の支持板３０の側面にある接触部４０を底板部８０に接触させる。そこで、載置部８６は、たとえばヘッダ６の接触部４０から下段の熱交換管４までの距離Ｌ２に合せた高さに形成されてもよい。

＜給水ジョイント７４および排水ジョイント７６の設置状態＞
ケース６２の側壁６６には、たとえば図８に示すように、被加熱流体を流す管路を通過させる貫通孔８８が形成されている。この実施例では、熱交換器２側に供給する管路と熱交換器２から排出する管路の２つの管路を備える場合を示している。またこの管路の周囲には、給水ジョイント７４および排水ジョイント７６を固定させるためのボルトなどの締結部品を貫通させる孔が複数形成される。さらに、側壁６６と給水ジョイント７４または排水ジョイント７６との間に液漏れや燃焼排気の流出を阻止する封止手段としてパッキン９０が設置される。
熱交換器２は、たとえば図１０に示すように、側壁６６に対して給水口２０と排水口２２の開口部分が密着するように収納部７８内に収納される。給水口２０に接続する給水ジョイント７４は、パッキン９０を介して側壁６６に密着させる平板状のフランジ部９１を備えている。また給水ジョイント７４は、フランジ部９１よりも前方に突出した係合部９２と、この係合部９２よりも前方に突出した給水部９４を備えている。この給水部９４の外周部分には封止手段であるパッキン９６が設置されている。係合部９２の外径ｄ４は、給水口２０の開口部側の一部に形成された径大部の内径ｄ３とほぼ同等の大きさとなっている。また給水部９４の外径ｄ５は、たとえば給水口２０とヘッダ６との接合部分の内径と同等に設定されてもよい。給水口２０は、ヘッダ内部への通流部分よりも開口部分を径大に形成しており、パッキン９６を介して給水部９４を嵌合させる嵌合部を備えている。
係合部９２および給水部９４は、たとえば図１１に示すように、パッキン９０および側壁６６の貫通孔８８内を通過し、熱交換器２の給水口２０の内側まで挿通され、その開口部分の外周面に対して係合する。このとき、給水ジョイント７４は、たとえばボルトなどの締結手段９８により側壁６６に対して強固に締結される。この給水ジョイント７４と側壁６６とが締結されることで、係合部９２および給水部９４が給水部２０内に深く侵入するとともに、パッキン９０、９６によって封止されることで、被加熱流体が接続部分から漏れるのを阻止することができる。

また、排水ジョイント７６も給水ジョイント７４と同等の構成であり、排水口２２に対して強固に固定される。

〔実施例１の効果〕

(1) 片側のみにヘッダを備える熱交換器を用いることで、熱交換器を載置する載置部およびヘッダを固定する構成を簡素化することができる。

(2) 熱交換器の設置処理において、ヘッダに対する固定接続作業を減らすことができ、熱交換ユニット、または熱源機の組立工程を減らすことができる。

(3) 熱交換器のヘッダを減らすことで、熱交換ユニットを小型化でき、かつ軽量化することができる。

(4) 熱交換ユニット６０のケースの側壁に対して、ヘッダの給水口と給水ジョイント、および排水口と排水ジョイントとの係合状態を強固にすることで、熱交換器の固定状態の安定化および被加熱流体の漏れを阻止することができる。

〔実施例２〕

図１２は、実施例２に係る熱源機を示している。なお、図１２において、図１、図２と同様の構成については、同一符号を付している。

この熱源機１００は、たとえば給湯機能や暖房機能、浴槽追焚機能を備える給湯装置等の熱源の一例である。熱源機１００は、燃焼室であるケース１０２を備え、このケース１０２内で燃料ガスを燃焼させて燃焼排気ＨＡを発生させるバーナ１０４やバーナ１０４に対して空気を供給する給気ファン１０６などを備えている。また、ケース１０２内には、燃焼排気ＨＡの流れ方向に対して上流側に、バーナ１０４の燃焼排気ＨＡのうち主として顕熱を熱交換させる一次熱交換器１０８を備えるとともに、燃焼排気ＨＡの流れ方向に対して下流側に熱交換器２を備えている。
この一次熱交換器１０８には、たとえば内部に被加熱流体である水や熱媒などを通過させる熱交換管が複数配置されている。この一次熱交換器１０８は、熱交換器２と接続されており、たとえば始めに熱交換器２で潜熱を回収した被加熱流体が一次熱交換器１０８側に流されて、高温の燃焼排気から顕熱を回収させてもよい。
斯かる構成によれば、燃焼排気ＨＡの潜熱回収効率を高めることができるほか、熱源機から排出される燃焼排気ＨＡの温度を低温にすることができ、熱源機の設置環境に及ぼす影響を低減できる。

〔他の実施の形態〕

ａ）上記一実施の形態では、ヘッダ６は支持板３０に対して蓋部３２が設置され、その内部に壁２４を備えた仕切り部３４を設置する構造を示したがこれに限らない。熱交換器１１０は、たとえば図１３に示すように、独立した蓋部によって機能部が区切られたヘッダ１１２を備えてもよい。このヘッダ１１２は、たとえば給水口２０を備える供給部を仕切る蓋部１１４、通水部を仕切る蓋部１１６、１１８、排水口２２を備える蓋部１２０が設置されている。各蓋部１１４、１１６、１１８、１２０は、隣り合う機能部との間を仕切るための側壁１２２、１２４、１２６、１２８が形成されており、ヘッダ１１２から外部に被加熱流体が漏れるのを防止している。
斯かる構成によっても、本発明の効果が得られる。

ｂ）また、他の熱交換器１３０として、ヘッダ６は、たとえば図１４に示すように、熱交換器１３０の載置方向に対して「コ」字形状に形成された支持部１３２と、この支持部１３２の開口部分に係合し、熱交換管４の接続部分を密閉するよう側壁を備えた蓋部１３４を備えてもよい。この蓋部１３４には、たとえば熱交換器１３０を収納するケースの側壁に密着させるとともに、上記の給水ジョイントまたは排水ジョイントと係合させる開口部１３８、１４０が形成された台座部１３６を備えてもよい。

ｃ）上記一実施の形態または上記実施例の熱交換器２において、Ｕ字形状の熱交換管４は、燃焼排気の流れ方向に対して往管１２および戻管１６を交差方向に配置する場合を示したがこれに限らない。熱交換器２は、たとえば燃焼排気の流れ方向に対し、往管１２および戻管１６を平行方向に向けて配置してもよい。すなわち、燃焼排気の流れ方向に向けて熱交換管４のＵ字形状を対向させ、往管１２と戻管１６が同時に燃焼排気に接触する向きに配置する。そして、ヘッダ６には、燃焼排気の流れ方向にＵ字形状を向けた複数の熱交換管を並列に接続してもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明は、被加熱流体を内部に流す熱交換管に屈曲部を形成し、管路の入側と出側を同じ方向に向け、この入側と出側を共通のヘッダに接続することで、熱交換において被加熱流体の流動方向を切替えるヘッダを管の一方側のみに形成すればよく、熱交換管とヘッダとの接続部分に対する封止処理などの作業工数の減少や熱交換器の小型化、軽量化を図ることができ、有用である。

２、１１０、１３０ 熱交換器
４、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ・・・ 熱交換管
６、１１２ ヘッダ
８ 屈曲部
１０ 流入口
１２ 往管
１４ 流出口
１６ 戻管
２０ 給水口
２２ 排水口
２４ 壁
２６Ａ 供給部
２６Ｂ、２６Ｃ 通水部
２６Ｄ 排出部
３０ 支持板
３２、７０、１１４、１１６、１１８、１２０、１３４ 蓋部
３４ 仕切り部
３６、１３８、１４０ 開口部
３８ 係止爪
４０ 接触部
５０ 流入部
５２ 流出部
５４ 空隙部
６０ 熱交換ユニット
６２、１０２ ケース
６４ 正面壁
６６、６８、１２２、１２４、１２６、１２８ 側壁
７２ 排出口
７４ 給水ジョイント
７６ 排水ジョイント
７８ 収納部
８０ 底板部
８２ 燃焼排気取込口
８４ 風向板
８６ 載置部
８８ 貫通孔
９０、９６ パッキン
９１ フランジ部
９２ 係合部
９４ 給水部
９８ 締結部品
１００ 熱源機
１０４ バーナ
１０６ 吸気ファン
１０８ 一次熱交換器
１３２ 支持部
１３６ 台座部

Claims (7)

1. 管路内に流す被加熱流体を燃焼排気と熱交換させる熱交換器であって、
   管路に形成された屈曲部により管路の流入口と流出口が同一方向またはそれに近い方向に開口された複数の熱交換管と、
   外部から被加熱流体を取り込んで、一部の前記熱交換管の前記流入口に被加熱流体を流す供給部と、上流側の前記熱交換管の前記流出口と下流側にある他の前記熱交換管の前記流入口が同一空間に接続され他の前記熱交換管に被加熱流体を流す通水部と、熱交換後の被加熱流体を排出する排出部とを含むヘッダと、
   を備え、
   前記ヘッダは、
   前記熱交換管の前記流入口および前記流出口と接続する複数の開口部を備え、該開口部内に前記熱交換管を挿通させて支持する支持板と、
   前記支持板と接合して密閉空間を形成し、被加熱流体を取り込んで前記供給部内に流す給水口と、熱交換後の被加熱流体を前記排出部から外部に流す排水口を備える蓋部と、
   前記支持板と前記蓋部との間に立設され、前記支持板に接続された複数の前記熱交換管を所定数ずつ仕切る仕切り壁と、
   前記仕切り壁と前記蓋部の接続部分の一部に設けられた空隙部と、
   を備えることを特徴とする熱交換器。
2. 前記熱交換管は、内部に流れる被加熱流体と、燃焼手段から排出された燃焼排気のうち、主として潜熱と熱交換させる二次熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記熱交換管は、燃焼排気の流れ方向に対して交差方向に被加熱流体を流す管路が向けられ、かつ燃焼排気の流れ方向およびその上下方向に沿って複数本が平行に配置されるとともに、前記燃焼排気の流れ方向に対して交差方向に所定量ずつ配置位置をずらしてマトリクス状に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記ヘッダは、前記支持板の周縁の一部または全部に、外部部材との接触により前記ヘッダを支持する接触部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記ヘッダの前記給水口および前記排水口は、
   各開口部内の一部または全部に、外部から被加熱流体を導く流入手段または熱交換後の被加熱流体を排出する排出手段の一部を嵌合させる嵌合部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 収納部内の所定方向に燃焼排気を流す筐体を備え、
   前記収納部内に請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載した熱交換器を備えることを特徴とする熱交換ユニット。
7. 請求項１ないし請求項５に記載の熱交換器を備え、または請求項６に記載の熱交換ユニットを備え、被加熱流体を加熱し、該被加熱流体を用いて給湯または暖房を行うことを特徴とする熱源機。

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