(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝熱管を収容し、かつ内部に加熱用媒体を流入させるためのケースと、
前記複数の伝熱管に接続され、かつ前記複数の伝熱管内への加熱対象流体の流入または流出を行なわせるためのヘッダ部と、を備えており、
前記ケースは、側面に開口部が形成されたケース本体と、前記開口部を塞ぐ側板とを有している、熱交換器であって、
前記ケースの側板は、前記ヘッダ部と一体的に樹脂成形されて、ヘッダ一体型側板として構成されており、
前記ヘッダ部は、前記加熱対象流体を流通させるためのチャンバを有し、
前記ヘッダ一体型側板には、前記複数の伝熱管を挿入させるための孔部が前記チャンバに連通して設けられており、
前記複数の伝熱管には、前記孔部の内面と前記複数の伝熱管の外面との隙間をシールするためのシール部材と、このシール部材が前記孔部から抜け出る方向に移動することを規制するストッパとが装着されていることを特徴とする、熱交換器。
【請求項２】
前記ヘッダ一体型側板は、前記開口部に嵌入して前記ケース本体との位置決めを図ることが可能な凸状部を有している、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記ヘッダ一体型側板のうち、前記ケース本体の内部に対面する部分を覆い、かつこの部分を保護することが可能な保護手段をさらに備えている、請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記孔部は、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部を一括して挿入可能に形成されており、
前記シール部材は、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部に外嵌される複数のＯリングが一体的に繋がった構成とされている、請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガスなどの加熱用媒体が内部に供給されるケース内に複数の伝熱管を収容し、これら複数の伝熱管を利用して前記加熱用媒体から熱回収を行なうタイプの熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼ガスから熱回収を行なう熱交換器においては、耐熱性や機械的強度などを高める観点から、伝熱管を収容するケースを金属製とするのが通例である。このような金属製のケースとしては、両側面に開口部を有する角筒状のケース本体と、このケース本体の開口部を塞ぐための側板とを、金属板を加工して製作し、これらを溶接したものがある（たとえば、特許文献１を参照）。
【０００３】
しかしながら、金属板を加工してケース本体や側板のそれぞれを製作する作業は煩雑である。それらを溶接して熱交換器を組み立てる作業も容易ではない。このため、従来においては、熱交換器の製造コストが比較的高価となっていた。また、複数の伝熱管を用いる場合には、これら複数の伝熱管内に加熱対象となる流体を効率良く流出入させるためのヘッダ部を設けることが望まれる。ところが、従来において、このようなヘッダ部を設ける場合には、熱交換器の製造作業がさらに煩雑なものとなり、製造コストが一層高価となる。
【０００４】
なお、従来においては、熱交換器のケースを樹脂製としたものがある（特許文献２を参照）。ところが、このような構成であっても、ヘッダ部を設ける場合には、このヘッダ部をケースとは別個に製作した上で、ケースに組み付けねばならないといった煩わしさがある。したがって、製造コストを低減する上で未だ改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８０３９８号公報
【特許文献２】特許第４０８７４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、製造が容易であって、製造コストを従来よりも低減することが可能な熱交換器を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本発明により提供される熱交換器は、複数の伝熱管を収容し、かつ内部に加熱用媒体を流入させるためのケースと、前記複数の伝熱管に接続され、かつ前記複数の伝熱管内への加熱対象流体の流入または流出を行なわせるためのヘッダ部と、を備えており、前記ケースは、側面に開口部が形成されたケース本体と、前記開口部を塞ぐ側板とを有している、熱交換器であって、前記ケースの側板は、前記ヘッダ部と一体的に樹脂成形されて、ヘッダ一体型側板として構成されており、前記ヘッダ部は、前記加熱対象流体を流通させるためのチャンバを有し、前記ヘッダ一体型側板には、前記複数の伝熱管を挿入させるための孔部が前記チャンバに連通して設けられており、前記複数の伝熱管には、前記孔部の内面と前記複数の伝熱管の外面との隙間をシールするためのシール部材と、このシール部材が前記孔部から抜け出る方向に移動することを規制するストッパとが装着されていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、ヘッダ部をケースの側板とは別体で製作する必要はなく、これらを樹脂成形工程によって同時に、かつ一体的に製造することができるために、その製造は容易となる。ヘッダ部を側板などに組み付けるといった煩わしさもない。また、ヘッダ一体型側板が樹脂製であれば、このヘッダ一体型側板をケース本体に組み付ける際に、溶接やろう付けなどの煩雑な手段を採用する必要がなく、たとえば接着剤を用いて接合するといった簡易な手段を採用することもできる。このようなことから、本発明によれば、熱交換器の各部の製造作業や組み立て作業が従来よりも簡素化され、製造コストを大幅に低減することができる。
さらにこのような構成によれば、加熱対象流体の漏れを防止しつつ、複数の伝熱管の内部とヘッダ部のチャンバとの間で加熱対象流体を適切に流通させ得る構造が、容易かつ適切に実現される。
【００１０】
本発明において、好ましくは、前記ヘッダ一体型側板は、前記開口部に嵌入して前記ケース本体との位置決めを図ることが可能な凸状部を有している。
【００１１】
このような構成によれば、凸状部をケース本体の開口部に嵌入させることにより、ヘッダ一体型側板とケース本体との位置決めを図ることができるために、熱交換器の組み立てが一層容易となる。また、凸状部をケース本体内に嵌入させることにより、この凸状部と伝熱管との間の隙間寸法を小さくし、この隙間に加熱用媒体が無駄に多く通過しないようにすることも可能である。これは熱交換効率を高める上で好ましい。
【００１２】
本発明において、好ましくは、前記ヘッダ一体型側板のうち、前記ケース本体の内部に対面する部分を覆い、かつこの部分を保護することが可能な保護手段をさらに備えている。
【００１３】
このような構成によれば、ヘッダ一体型側板の保護が図られるために、耐久性などを高める上で好ましい。また、ヘッダ一体型側板の材質としては、耐熱性などがさほど高くない廉価な樹脂を用いるといったことも可能となる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、前記孔部は、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部を一括して挿入可能に形成されており、前記シール部材は、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部に外嵌される複数のＯリングが一体的に繋がった構成とされている。
【００１７】
このような構成によれば、複数の伝熱管とヘッダ部とを接続する場合には、複数の伝熱管を１つの孔部に対して一括して挿入すればよく、たとえば複数の孔部に対して複数の伝熱管を個々に挿入する場合と比較すると、その作業は格段に簡易となる。また、シール部材は、複数のＯリングが一体的に繋がった構成であるために、このシール部材を複数の伝熱管に装着する作業も容易化する。したがって、熱交換器の組み立て作業性を良好とするのに一層好ましい。
【００２０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は、本発明に係る熱交換器の一例を示す平面断面図であり、（ｂ）は、その正面断面図である。
【図２】図１に示す熱交換器のケースの分解正面断面図である。
【図３】図１に示す熱交換器の要部分解斜視図である。
【図４】図１（ａ）のIV−IV断面図である。
【図５】図４に示す部分の分解断面図である。
【図６】図４のVI−VI断面図である。
【図７】（ａ）は、図１に示す熱交換器で用いられているストッパの分解斜視図であり、（ｂ）は、その正面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る熱交換器の他の例を示す要部断面図である。
【図９】本発明に係る熱交換器の他の例を示す平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２３】
図１〜図７は、本発明が適用された熱交換器およびこれに関連する構成の一例を示している。
図１によく表われているように、本実施形態の熱交換器ＨＥ１は、複数の伝熱管１と、これら複数の伝熱管１を内部に収容するケースＣと、一対のヘッダ部３（３Ａ，３Ｂ）とを具備している。ただし、一対のヘッダ部３は、後述するように、ケースＣのヘッダ一体型側板Ｓ１に一体的に形成されている。
【００２４】
複数の伝熱管１は、平面視長円状の複数の螺旋状管体部を有している（図３も参照）。これら複数の螺旋状管体部は、互いにサイズが異なっており、略同心の重ね巻き状に配されている。各伝熱管１の上端側および下端側部分は、略水平に延びる直状管体部１０ａ，１０ｂとされ、これら直状管体部１０ａ，１０ｂの端部がヘッダ部３に接続されている。ただし、その具体的な接続構造は後述する。
【００２５】
ケースＣ内には、各伝熱管１を加熱するための加熱用媒体が流入可能である。より具体的には、加熱用媒体としては、たとえばバーナ（図示略）により発生された燃焼ガスが利用され、この燃焼ガスは、ケースＣの後壁部２０ａの給気口２１からケースＣ内に流入し、その後は前壁部２０ｂの排気口２２から排ガスとして外部に排出される。このような燃焼ガスの進行過程において、燃焼ガスは複数の伝熱管１の各部に作用し、各伝熱管１内を流通する湯水が加熱される。ヘッダ部３は、入水用または出湯用の開口部３０を有している。この熱交換器ＨＥ１においては、下側のヘッダ部３（３Ｂ）の開口部３０に供給された湯水が、各伝熱管１内に流れ込み、燃焼ガスとの熱交換によって加熱される。この加熱された湯水は、上側のヘッダ部３（３Ａ）の開口部３０から外部に出湯し、所望の給湯先に供給される。
【００２６】
図２に示すように、ケースＣは、ケース本体２、ヘッダ一体型側板Ｓ１、および側板７
を備えている。ケース本体２は、左右両側面に開口部２５が形成された角筒状（両端開口の直方体状）であり、金属板を用いて形成されている。金属板としては、好ましくは耐酸性に優れるステンレス鋼板などが用いられる。その理由は、熱交換器ＨＥ１が潜熱回収用途に用いられた場合、燃焼ガスからの潜熱回収に伴って強酸性のドレイン（凝縮水）が発生するからである。
【００２７】
側板７は、耐熱性および耐酸性に優れる樹脂（たとえば、ＰＰＳ：ポリフェニレンサルファイド樹脂や、ＳＰＳ：シンジオタクチックポリスチレン樹脂）製である。この側板７は、全体の概略形状が矩形の平板状であるが、この側板７の内側面の広い領域は、開口部２５に嵌入する凸状部７０として形成されている。この凸状部７０と開口部２５との嵌合により、側板７はケース本体２に位置決め装着され、開口部２５を閉塞する。なお、側板７の外周縁７１は、凸状部７０を開口部２５に嵌入させた際にケース本体２の端部に当接するストッパ部としての役割を果たす。側板７とケース本体２との固定を確実化する手段として、たとえば接着剤を用いてこれらを接着する手段を採用することができる。
【００２８】
ヘッダ一体型側板Ｓ１は、側板７と同様に、たとえばＰＰＳやＳＰＳなどの耐熱性および耐酸性に優れた樹脂製であるが、側板本体部６と、一対のヘッダ部３とを有しており、これら全体が一体成形された構成を有している。側板本体部６は、開口部２５を閉塞可能な略平板状であり、前記した側板７と同様な構成を有している。すなわち、側板本体部６の内側面の広い領域は、開口部２５に嵌入可能な凸状部６０として形成され、これらの嵌合により、ヘッダ一体型側板Ｓ１はケース本体２に位置決め装着される。これらの固定を確実化する手段として、たとえば接着剤が用いられる。また、このヘッダ一体型側板Ｓ１をケース本体２に装着した際には、図４に示すように、側板本体部６の外周縁６１の一部がケース本体２の端部に当接するストッパ部としての役割を果たし、この点も前記した側板７と同様である。ヘッダ部３は、側板本体部６の外側面から側方に突出して形成されており、出湯用または入水用の開口部３０が形成されたチャンバ３１（図３などを参照）が内部に形成されている。
【００２９】
ヘッダ部３に複数の伝熱管１を接続するための手段として、図３〜図６に示すように、シール部材４、ストッパ５、および押さえ板８が用いられている。より具体的に説明すると、シール部材４は、複数の伝熱管１の端部に外嵌可能な複数のＯリング４０が横並び状に配置され、かつこれらが一連に繋がるように一体成形されたものである。
【００３０】
ストッパ５は、シール部材４の位置決めを図るためのものであるが、複数の伝熱管１どうしの相対的な位置関係を規定する役割も果たす。このストッパ５は、図７に示すように、上側および下側の一対のピース５０を組み合わせたものである。これら一対のピース５０は、いずれも樹脂成形品であり、好ましくは、これらの形状およびサイズは同一である。これら一対のピース５０は、互いに組み合わされた際に複数の伝熱管１を挿入させることが可能な貫通孔を形成する半円状の複数の凹部５１を有している。さらに、一対のピース５０は、これらを組み合わせる際の位置決め用の凸部５２ａおよび凹部５２ｂを有している。また、互いに係合可能な係合用突起５３ａおよび被係合部５３ｂも有している。ストッパ５は、一対のピース５０によって各伝熱管１をその上下方向から挟み込むようにして複数の伝熱管１に装着される。
【００３１】
各伝熱管１には、フレア加工により形成された凸状部１５が設けられている。これに対し、ストッパ５の内面には、この凸状部１５を内部に進入させる凹部５５が形成されている。この凹部５５と凸状部１５との係合により、各伝熱管１とストッパ５との位置決めが図られている。ストッパ５の一側面５６は、シール部材４の片面に当接可能である。このことにより、シール部材４がストッパ５寄りの方向へ不当に位置ずれすることは適切に防止される。
【００３２】
ヘッダ一体型側板Ｓ１の内側面には、孔部３３が開口して設けられているが、この孔部３３は、複数の伝熱管１の端部、シール部材４、およびストッパ５を一括して内部に進入させることが可能である。この孔部３３の奥部側は、複数の流路３２を介してヘッダ部３のチャンバ３１に連通している。したがって、図４および図６に示すように、複数の伝熱管１を孔部３３内に挿入させた状態では、各伝熱管１の内部をチャンバ３１に連通させることができる。孔部３３の内面のうち、シール部材４の外周縁に対応する部分３３ａは、シール部材４の外周縁の輪郭と同様な形状であり、シール部材４の外周縁の各所に対して隙間なく接触するように構成されている。このことにより適切な止水シールが図られる。孔部３３の奥部には、段部３４が設けられ、この段部３４にシール部材４が当接するように構成されている。
【００３３】
押さえ板８は、ストッパ５とヘッダ一体型側板Ｓ１との固定を図るための部材であり、ストッパ５の一部分を進入させるための開口部８０を有する平板状である（なお、図５においては、便宜上、押さえ板８の図示を省略している）。この押さえ板８は、ヘッダ一体型側板Ｓ１の内面にたとえばネジ止めされ、その一部分はストッパ５の一端に当接している。
【００３４】
次に、前記した熱交換器ＨＥ１の作用について説明する。
【００３５】
まず、ヘッダ一体型側板Ｓ１は、金型を用いた樹脂成形工程により製造される。このため、その製造は容易であり、たとえば側板とヘッダ部とを個別に製造する場合と比較すると、その生産性は高い。また、ヘッダ一体型側板Ｓ１は樹脂製であるために、このヘッダ一体型側板Ｓ１をケース本体２に対して強固に接合する手段としては、既述したように、接着剤を用いるようなことも可能であり、溶接あるいはろう付けを行なう場合と比較すると、やはりその作業は容易であり、組み立て性も良好となる。ヘッダ一体型側板Ｓ１をケース本体２に組み付ける際には、凸状部６０をケース本体２の開口部２５に嵌入させることによってこれらの位置決めも適切に図られるために、熱交換器ＨＥ１の組み立て性は一層より良好となる。このようなことから、熱交換器ＨＥ１の生産性を高め、製造コストを廉価にすることができる。
【００３６】
図４に示すように、ヘッダ一体型側板Ｓ１の凸状部６０は、ケースＣ内に適当な寸法Ｌ１だけ進入している。このような構成によれば、各伝熱管１とヘッダ一体型側板Ｓ１との隙間の寸法Ｌ２を小さくすることができる。この寸法Ｌ２が大きいと、多くの燃焼ガスが前記隙間を通過する無駄を生じるが、本実施形態の構成によれば、そのような無駄を少なくし、伝熱管１による熱回収量を多くすることができることとなる。
【００３７】
複数の伝熱管１をヘッダ部３に接続する場合、シール部材４は、複数のＯリング４０が一連繋がった単一のシール部材として構成されているために、互いに分離した複数のＯリングを伝熱管１に個別に装着する場合と比較すると、その装着作業は容易となる。また、複数の伝熱管１やシール部材４は、ヘッダ部３の孔部３３に対して一括して挿入させればよいために、やはりその作業は容易である。したがって、熱交換器ＨＥ１を組み立てる際の作業性をさらに良好なものとすることができる。その他、ストッパ５は、複数の伝熱管１どうしの相対的な位置決め固定を図る役割を果たすために、複数の伝熱管１を安定的に支持するのにも好ましいものとなる。さらに、ストッパ５はシール部材４の位置決め手段としても利用されているために、それ専用の他の部材を用いる場合と比較すると、部品点数を少なくし、製造コストの一層の低減を図ることもできる。
【００３８】
図８および図９は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。
【００３９】
図８（ａ）に示す実施形態においては、ケースＣ内に金属板９が設けられている。この金属板９は、ヘッダ一体型側板Ｓ１を保護するための部材であって、本発明でいう保護手段の一例に相当し、ヘッダ一体型側板Ｓ１の内側面の略全面を覆っている。好ましくは、この金属板９は、ヘッダ一体型側板Ｓ１よりも耐熱性に優れ、より好ましくは耐酸性においても優れた材質である。製造コストを廉価にする観点から、この金属板９は、たとえば平板状の部材の外周縁部に曲げ部９０が設けられた比較的単純な形態とされ、かつこの曲げ部９０がヘッダ一体型側板Ｓ１の凸状部６０とケース本体２との間に挟まれて固定された構成とされている。
【００４０】
本実施形態によれば、ヘッダ一体型側板Ｓ１が燃焼ガスあるいは強酸性のドレインの影響を受けてダメージを受けることが、金属板９の存在によって適切に防止される。ヘッダ一体型側板Ｓ１の材質としては、耐熱性あるいは耐酸性がやや劣る廉価な材質とすることが可能となり、製造コストの一層の低減化を図るのに適する。図面においては、金属板９とヘッダ一体型側板Ｓ１との間に隙間（空気層）が設けられているが、この空気層は断熱層として機能する。したがって、ヘッダ一体型側板Ｓ１が熱ダメージを受けることを防止する上でより好ましい。もちろん、空気層とは別の断熱層（熱伝導率が低い断熱材を用いた断熱層）を設けてもよいし、そのような断熱層を設けることなく、金属板９をヘッダ一体型側板Ｓ１に接触させてもよい。金属板９に代えて、金属以外の材質のプレートを用いたり、あるいはヘッダ一体型側板Ｓ１の内側面に保護用コーティング膜を設けるといった手段を採用することもできる。
【００４１】
図８（ｂ）に示す実施形態においては、金属板９の一部が凸状に形成されて、この凸状部分が、ストッパ５とヘッダ一体型側板Ｓ１との固定を図るための押さえ部９１として構成されている。このような構成によれば、先の実施形態とは異なり、ストッパ５用の押さえ部材（押さえ板８）を用いる必要が無くなる。
【００４２】
図９に示す熱交換器ＨＥ２においては、複数の伝熱管１（１Ｂ，１Ｃ）が略一直線状に延びた直状管体とされている。ケースＣ２は、ヘッダ一体型側板Ｓ２，Ｓ３を有している。ヘッダ一体型側板Ｓ２は、入水用および出湯用のヘッダ部３Ｃ，３Ｄを側板本体部６７と一体的に樹脂成形したものである。ヘッダ一体型側板Ｓ３は、湯水戻し用のヘッダ部３Ｅを側板本体部６８と一体的に樹脂成形したものである。この熱交換器ＨＥ２においては、入水口３９ａからヘッダ部３Ｃに供給された湯水は、このヘッダ部３Ｃに接続されている伝熱管１Ｂ内を通過して湯水戻し用のヘッダ部３Ｅ内に流入し、その後は伝熱管１Ｃ内を通過してヘッダ部３Ｄ内に到達し、出湯口３９ｂから出湯する。
【００４３】
本実施形態の熱交換器ＨＥ２においても、ヘッダ一体型側板Ｓ２，Ｓ３が用いられていることにより、全体の製造の容易化を図り、製造コストを低減することができる。本実施形態から理解されるように、伝熱管は必ずしも螺旋状管体を用いたものでなくてもよく、これ以外の種々の伝熱管（たとえば、前記した直状管の他に、Ｕ字管、蛇行状のフレキシブル管など）を用いることができる。
【００４４】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る熱交換器の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００４５】
本発明においては、ケース本体部、およびヘッダ部を設ける必要のない側板（前記実施形態の側板７に相当）については、樹脂製であるか否かは問わない。したがって、ケース全体を樹脂製とすることもできる。
【００４６】
本発明においては、熱交換器に複数のヘッダ部が設けられる場合に、これら複数のヘッ
ダ部の全てが側板と一体成形されていることが好ましいものの、やはりこれに限定されない。たとえば複数のヘッダ部のうち、一部のヘッダ部が側板と一体成形されている限りは、側板と一体成形されていないヘッダ部が存在する場合であっても、本発明の技術的範囲に包摂される（たとえば、図９に示した実施形態において、ヘッダ一体型側板Ｓ２，Ｓ３のいずれか一方が、従来と同様な金属板を用いて製作されたヘッダ部と側板との組み合わせ構造に置き換えられた場合であっても、本発明の技術的範囲に包摂される）。
【００４７】
加熱用媒体としては、燃焼ガス以外の種々の流体を用いることができる。本発明に係る熱交換器は、潜熱回収用に限らない。また、加熱対象流体は湯水に限定されず、これ以外の流体を加熱する用途に適用することもできる。
【符号の説明】
【００４８】
ＨＥ１，ＨＥ２    熱交換器
Ｃ，Ｃ２  ケース
Ｓ１〜Ｓ３    ヘッダ一体型側板
１        伝熱管
２        ケース本体
３，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ    ヘッダ部
４        シール部材
５        ストッパ
９        金属板（保護手段）
２５      開口部
３１      チャンバ
３３      孔部
４０      Ｏリング
６０      凸状部
【図１】
0005633254.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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