(57)【要約】【課題】熱回収に伴って発生するドレン水がケースの底壁部上に多量に滞留することを、簡易な手段によって適切に防止することが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器ＨＥは、伝熱管１を収容するケース２の底壁部２２のうち、上段部２２ａの上側に位置する略水平状の水平板部４０を有するドレン水ガイド４を備えており、上段部２２ａと水平板部４０との間には、上段部２２ａ上に位置して水平板部４０の縁部に接触するドレン水を内部に引き込むことが可能な第１の側面開口部５１を有するキャピラリ隙間５が形成されており、かつこのキャピラリ隙間５は、内側に引き込まれたドレン水を上段部２２ａから下段部２２ｂ側に流れ落とすことが可能なように、上段部２２ａの縁部２２ａ’上において開口する第２の側面開口部５２をさらに有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱用気体が内部に供給されるケースと、このケース内に収容されて前記加熱用気体から熱回収を行なう伝熱管と、を備えており、
前記ケースの底壁部は、高低差を有する上段部および下段部が互いに隣接した構成とされ、かつ前記ケースの側壁部の下部または底壁部には、前記熱回収に伴って発生して前記下段部上に流れ落ちたドレン水を前記ケースの外部に排出するためのドレン水排出口が設けられている、熱交換器であって、
前記上段部の上側に位置する略水平状の水平板部を有するドレン水ガイドを備えており、
前記上段部と前記水平板部との間には、前記上段部上に位置して前記水平板部の縁部に接触するドレン水を内部に引き込むことが可能な第１の側面開口部を有するキャピラリ隙間が形成されており、かつこのキャピラリ隙間は、このキャピラリ隙間内に引き込まれたドレン水を前記上段部から前記下段部側に流れ落とすことが可能なように、前記上段部の縁部上において開口する第２の側面開口部をさらに有していることを特徴とする、熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記ドレン水ガイドは、前記水平板部に繋がって前記水平板部から下向きまたは斜め下向きに延びる下向き板部を有しており、
この下向き板部と前記水平板部との境界部分は、前記上段部の縁部の上方またはその近傍に位置し、前記第２の側面開口部に進行してきたドレン水が前記下向き板部を伝って前記下段部上に流れ落ちることが可能とされている、熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器であって、
前記水平板部には、下向きに突出する凸状段部が形成され、この凸状段部が前記上段部に接合されていることにより、前記水平板部の前記凸状段部以外の領域と前記上段部との間に前記キャピラリ隙間が形成されている、熱交換器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器であって、
前記上段部には、前記ケース内に加熱用気体を流入させるための給気口が形成されており、前記ドレン水ガイドは、前記給気口の近傍に存在するドレン水を前記下段部側に流れさせるように設けられている、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば潜熱回収型給湯装置などの構成要素として用いられ、燃焼ガスなどの加熱用気体から潜熱を回収するのに好適な熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器としては、燃焼ガスが導入されるケース内に伝熱管を収容させた構造のものがあるが、このような熱交換器において、燃焼ガスから潜熱を回収すると、強酸性のドレン水が発生するため、ケースの下部には、ドレン水をケースの外部に排出するためのドレン水排出口が設けられる。一方、ケースの底壁部については、高低差を有する上段部および下段部を形成する手段も適宜採用される（たとえば、特許文献１を参照）。ケースの底壁部に上段部を設ければ、この上段部と伝熱管との隙間を小さくし、伝熱管による熱回収効率をよくすることが可能である。一方、ケースの底壁部の下段部は、ドレン水通路の役割を果たし、ドレン水が伝熱管や上段部から下段部に流れ落ちると、このドレン水は下段部を流れてドレン水排出口に導かれる。
【０００３】
しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、改善すべき余地があった。
【０００４】
すなわち、ケースの底壁部上に多量のドレン水が滞留したままになることは余り好ましいものではない。具体例を挙げると、ケースの底壁部の上段部上に多量のドレン水が滞留すると、上段部と伝熱管との隙間に燃焼ガスが円滑に流れない場合があり、この場合には熱交換効率が低下する。また、多量のドレン水が滞留することによってケースの底壁部が冷却される場合がある。このような現象を生じると、たとえばケースの下方に配置された排気集合部材(燃焼ガスをケース内にガイドするための部材)とケースの底壁部とが比較的近接している場合に、排気集合部材内部を燃焼ガスが通過する際にケースの底壁部の下面側において結露を生じる。排気集合部材は、通常製造コスト低減などの理由によりステンレスなどの耐食性が高い材質とはされていないために、排気集合部材に結露水が付着することによってこの部分が腐食する虞があり、このような腐食は、給湯装置内での排気漏れにつながるといった不具合を生じてしまう。このような不具合は、燃焼ガス用の給気口がケースの底壁部に形成されている場合において、この給気口の近傍に多量のドレン水が滞留する場合には一層顕著となる。
【０００５】
前記したような不具合は、ケースの底壁部全体を大きく傾斜させ、ケースの底壁部上のドレン水をドレン水排出口側に流れ易くすることにより解消することが可能である。ただし、設計仕様やその他の様々な理由から、ケースの底壁部の傾斜角度を大きくせず、底壁部の全体または一部分を略水平にしたい場合がある。このような場合には、前記した不具合を生じるため、これを適切に解消することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３２３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、熱回収に伴って発生するドレン水がケースの底壁部上に多量に滞留することを、簡易な手段によって防止し、ドレン水の滞留に起因する不具合を適切に解消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】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明により提供される熱交換器は、加熱用気体が内部に供給されるケースと、このケース内に収容されて前記加熱用気体から熱回収を行なう伝熱管と、を備えており、前記ケースの底壁部は、高低差を有する上段部および下段部が互いに隣接した構成とされ、かつ前記ケースの側壁部の下部または底壁部には、前記熱回収に伴って発生して前記下段部上に流れ落ちたドレン水を前記ケースの外部に排出するためのドレン水排出口が設けられている、熱交換器であって、前記上段部の上側に位置する略水平状の水平板部を有するドレン水ガイドを備えており、前記上段部と前記水平板部との間には、前記上段部上に位置して前記水平板部の縁部に接触するドレン水を内部に引き込むことが可能な第１の側面開口部を有するキャピラリ隙間が形成されており、かつこのキャピラリ隙間は、このキャピラリ隙間内に引き込まれたドレン水を前記上段部から前記下段部側に流れ落とすことが可能なように、前記上段部の縁部上において開口する第２の側面開口部をさらに有していることを特徴としている。
ここで、キャピラリ隙間とは、毛細管現象（capillary action）により、水などの液体を内部に引き込むことが可能な隙間の意である。
【００１０】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
第１に、熱回収に伴って発生し、かつケースの底壁部の上段部上に流れ落ちたドレン水については、ドレン水ガイドを用いて形成されたキャピラリ隙間内に引き込ませてから下段部上に流れ落とすことが可能である。下段部上に流れ落ちたドレン水は、その後ドレン水排出口からケースの外部に排出されることとなる。このため、上段部のうち、少なくともドレン水ガイドを設けた箇所（より正確には、第１の側面開口部の近辺）には、多量のドレン水が滞留しないようにすることが可能であり、多量のドレン水が滞留することに起因する不具合（たとえば、上段部と伝熱管との隙間に燃焼ガスが円滑に流れなくなる不具合や、あるいはドレン水によってケースの底壁部が冷却されることによって底壁部の下面側に結露を生じるといった不具合など）を適切に防止または抑制することができる。
第２に、上段部上に存在するドレン水を、ドレン水ガイドによって下段部側に導く作用は、毛細管現象を利用しており、キャピラリ隙間は、上段部上に水平板部を配置させた簡易な構成により実現されている。したがって、製造コストが大幅に上昇するといったことも適切に回避することができる。
第３に、ドレン水ガイドによってドレン水を上段部から下段部に導く作用は、上段部が水平状であっても得られる。したがって、ドレン水の排水の円滑化を図ることを目的として、ケースの底壁部を大きな角度で傾斜させる必要を無くすこともできる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、前記ドレン水ガイドは、前記水平板部に繋がって前記水平板部から下向きまたは斜め下向きに延びる下向き板部を有しており、この下向き板部と前記水平板部との境界部分は、前記上段部の縁部の上方またはその近傍に位置し、前記第２の側面開口部に進行してきたドレン水が前記下向き板部を伝って前記下段部上に流れ落ちることが可能とされている。
【００１２】
このような構成によれば、キャピラリ隙間内に引き込まれたドレン水が下段部側に流れ落ちることが、より確実化され、かつ促進される。
【００１３】
本発明において、好ましくは、前記水平板部には、下向きに突出する凸状段部が形成され、この凸状段部が前記上段部に接合されていることにより、前記水平板部の前記凸状段部以外の領域と前記上段部との間に前記キャピラリ隙間が形成されている。
【００１４】
このような構成によれば、簡易な構成によって、キャピラリ隙間を適切に形成することができ、製造コストを低減する上でより好ましいものとなる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記上段部には、前記ケース内に加熱用気体を流入させるための給気口が形成されており、前記ドレン水ガイドは、前記給気口の近傍に存在するドレン水を前記下段部側に流れさせるように設けられている。
【００１６】
このような構成によれば、給気口の近傍に多くのドレン水が滞留しないようにすることが可能となる。給気口の近傍に多くのドレン水が滞留して、給気口の近傍が冷却された場合には、給気口に供給される燃焼ガスが前記冷却部分に触れて結露し易く、多量のドレン水が発生して熱交換器の下方に流れ落ちる不具合を生じ易いが、前記構成によれば、そのような不具合を防止するのに好ましいものとなる。
【００１７】
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】
【００１８】
【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、（ａ）の正面断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す熱交換器の左側面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のIIc−IIc断面図であり、（ｄ）は、（ｂ）のIId−IId断面図である。
【図３】図１に示す熱交換器の分解斜視図である。
【図４】本発明の他の例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１〜図３に示す熱交換器ＨＥは、たとえば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好適なものであり、たとえば給湯装置における潜熱回収用熱交換器として用いられる。
この熱交換器ＨＥは、ケース２、このケース２内に収容された複数の伝熱管１、およびドレン水ガイド４を備えている。
【００２１】
複数の伝熱管１のそれぞれは、螺旋状管体部１１と、この螺旋状管体部１１の上側および下側に一体的に繋がった直管状の延設管体部１０ａ，１０ｂとを有している。複数の螺旋状管体部１１は、平面視略矩形状または長円状であり、これらは互いにサイズが異なり、かつ略同心の重ね巻き状に配されている。上側および下側の延設管体部１０ａ，１０ｂは、ケース２の側壁部２１Ａを貫通してケース２の外部に引き出されている。下側の延設管体部１０ｂの先端部には入水用のヘッダ３Ａが取り付けられ、かつ上側の延設管体部１０ａの先端部には出湯用のヘッダ３Ｂが取り付けられている。
【００２２】
ケース２は、略直方体状であり、矩形筒状の本体部２０の両端開口部が側壁部２１Ａ，２１Ｂによって閉塞された構成を有している。本体部２０や側壁部２１Ａ，２１Ｂは、たとえばステンレス製である。ケース２の底壁部２２および前壁部２３には、燃焼ガス用の給気口２５および排気口２６が設けられている。図２（ａ）によく表われているように、給気口２５からケース２内に流入した燃焼ガスは複数の伝熱管１の隙間を通過した後に排気口２６に到達する。このような過程において、前記燃焼ガスから各伝熱管１により熱回収（潜熱回収）がなされ、各伝熱管１内を流通する湯水が加熱される。
【００２３】
図１によく表われているように、ケース２の底壁部２２には、高低差Ｈ１を有する上段部２２ａと下段部２２ｂとがプレス成形によって形成されている。上段部２２ａは、伝熱管１の下部と底壁部２２との隙間を少なくし、熱交換効率を高めるのに役立つ部分であり、底壁部２２のうち、下段部２２ｂ以外の領域であって、螺旋状管体部１１の下方の広い領域に形成されている。給気口２５は、この上段部２２ａに形成されている。給気口２５の周縁部には、上向きに起立したバーリング部２５ａが形成されているが、これは潜熱回収に伴って発生して上段部２２ａ上に流れ落ちたドレン水が給気口２５に流れ込むことを防止する役割を果たす。なお、ケース２の上壁部２０ａにも、伝熱管１との隙間を狭くするための段部が適宜形成されている。
【００２４】
底壁部２２の下段部２２ｂは、伝熱管１からこの下段部２２ｂに直接または上段部２２ａを経由して流れ落ちてきたドレン水をドレン水排出口２７に導くためのドレン水流路としての役割を果たし、上段部２２ａを囲むように底壁部２２の左右両側縁部および前側縁部に一連に繋がった平面視略コ字状の領域として形成されている。ドレン水排出口２７は、たとえば側壁部２１Ａの前側下部に開口して設けられており、このドレン水排出口２７に到達したドレン水は、このドレン水排出口２７からケース２の外部に排出される。ドレン水は、燃焼ガス中の種々の成分を含む強酸性であるため、外部に排出されたドレン水は、中和処理されてから廃棄される。ドレン水排出口２７は、側壁部２１Ａに設けることに代えて、底壁部２２に設けた構成とすることもできる。
【００２５】
ドレン水ガイド４は、図３によく表われているように、断面略Ｌ字状であり、水平板部４０と、この水平板部４０の一側縁から下向きまたは斜め下向きに延びる下向き板部４１とを有している。このドレン水ガイド４は、たとえばステンレス製の板材にプレス加工を施すことにより形成されている。水平板部４０には、下向きに突出する凸状段部４２が部分的に形成されている。この凸状段部４２は、後述するように、ケース２の底壁部２２に接合させるための部分であり、またキャピラリ隙間５を形成するための部分でもある。
【００２６】
ドレン水ガイド４は、水平板部４０が底壁部２２の上段部２２ａの上側に位置して、この水平板部４０と上段部２２ａとの間にキャピラリ隙間５を形成するとともに、下向き板部４１が下段部２２ｂの上側に位置するように、底壁部２２に取り付けられている。本実施形態では、水平板部４０が取り付けられる位置は、給気口２５よりも手前側（排気口２６寄り）の領域であって、ケース２の左右幅方向において入水用のヘッダ３Ａ寄りに偏った領域（図１の左側の領域）とされている。ドレン水ガイド４の取り付けは、図２（ｄ）に示すように、凸状段部４２の下面部を上段部２２ａに当接させて、この部分にスポット溶接などを施すことにより行なわれている。凸状段部４２には、位置決め用の孔部４３が適宜設けられている。前記した取り付けにより、水平板部４０のうち、凸状段部４２以外の部分は、上段部２２ａの上面と略平行な略水平状となり、上段部２２ａとの間にキャピラリ隙間５が形成される。キャピラリ隙間５の上下方向の幅は、たとえば１ｍｍ前後である。
【００２７】
キャピラリ隙間５の周囲は開口しており、この開口部分は、第１および第２の側面開口部５１，５２に区分することができる。図２（ｃ）に示すように、上段部２２ａの縁部２２ａ’上において開口する部分が、第２の側面開口部５２であり、キャピラリ隙間５の周囲の側面開口部分のうち、それ以外の部分が、第１の側面開口部５１である。第１の側面開口部５１は、上段部２２ａ上に存在するドレン水が水平板部４０の縁部に触れると、このドレン水を毛細管現象によってキャピラリ隙間５内に引き込むことが可能な側面開口部である。本実施形態では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、第１の側面開口部５１の一部は、給気口２５の近傍領域Ａ１（手前側領域）に隣接している。したがって、伝熱管１から給気口２５の近傍領域Ａ１にドレン水が流れ落ちると、このドレン水を第１の側面開
口部５１からキャピラリ隙間５に引き込むことが可能である。
【００２８】
第２の側面開口部５２は、キャピラリ隙間５内に引き込まれたドレン水を、図２（ｃ）に示すように、下段部２２ｂ上に流れ落とすための部分である。水平板部４０は、上段部２２ａの縁部２２ａ’よりも外側にはみ出しており、上段部２２ａと下段部２２ｂとの段差部分の側面２２ｃと下向き板部４１との間に適当な隙間を生じるように設定されている。水平板部４０と下向き板部４１との境界部分は、上段部２２ａの縁部２２ａ’の上方またはその近傍に位置しており、第２の側面開口部５２に進行してきたドレン水が下向き板部４１を伝って下段部２２ｂ上に流れ落ちることが可能とされている。
【００２９】
次に、前記した熱交換器ＨＥの作用について説明する。
【００３０】
まず、ケース２内に給気口２５から燃焼ガスを流入させて伝熱管１により潜熱回収を行なうと、ドレン水が発生し、ケース２の底壁部２２上に流れ落ちる。このようなドレン水のうち、図２（ａ），（ｂ）に示した給気口２５の近傍領域Ａ１上に流れ落ちたドレン水は、既述したように、第１の側面開口部５１からキャピラリ隙間５内に引き込まれ、かつ図２（ｃ）に示したように、第２の側面開口部５２から下段部２２ｂ上に導かれる。下向き板部４１は、第２の側面開口部５２から下段部２２ｂ上にドレン水が流れ落ちることを促進する。したがって、給気口２５の近傍領域Ａ１に存在するドレン水を、キャピラリ隙間５を利用して次々と下段部２２ｂ上に排出することができる。
【００３１】
複数の伝熱管１のうち、給気口２５の近傍領域Ａ１の上方に位置する部分は、入水用のヘッダ３Ａに近く、内部の湯水温度は未だ低い状態にある。したがって、この部分におけるドレン水発生量は、他の部分と比較して多くなる。一方、仮に、給気口２５の近傍領域Ａ１に多量のドレン水が滞留すると、この領域Ａ１がドレン水によって冷却されることに起因して、その下面側領域Ａ２（図２（ｂ）を参照）において、給湯装置内の気体中の水蒸気が結露し、下面側領域Ａ２の下側に位置する図示しない排気集合部材（燃焼ガスをケース２の給気口２５に導くための部材）の上面に結露水が付着する。これに対し、本実施形態では、給気口２５の近傍領域Ａ１に多量のドレン水が滞留することを防止することができるために、前記した事態を適切に防止することが可能となる。本実施形態では、キャピラリ隙間５の第１の側面開口部５１は、給気口２５の近傍領域Ａ１に向けて開口しているだけではなく、他の部分に対しても開口しているために、前記の領域Ａ１のみならず、水平板部４０の周辺部に存在する多くのドレン水を下段部２２ｂ側に排出する作用も得られる。
【００３２】
キャピラリ隙間５を形成するドレン水ガイド４は、略Ｌ字状のプレート状であり、その製作は容易である。また、ケース２内へのドレン水ガイド４の取り付けは、下向きの凸状段部４２を底壁部２２に当接させて溶接することによって行なわれている。したがって、ドレン水ガイド４を設けたことによるコスト増は少なく、熱交換器ＨＥの製造コストが大幅に上昇するといったこともない。また、本実施形態の熱交換器ＨＥにおいては、ケース２の底壁部２２からのドレン水排出を円滑にするための手段として、底壁部２２を大きく傾斜させる必要をなくすことができる。
【００３３】
図４は、本発明の他の実施形態を示している。
同図に示す実施形態では、ドレン水ガイド４に下向き板部４１が設けられていない。好ましくは、水平板部４０は、その一部分が上段部２２ａの縁部２２ａ’よりも外側にはみ出した構成とされている。本実施形態においても、キャピラリ隙間５の第２の側面開口部５２に到達したドレン水を下段部２２ｂ上に適切に排出することが可能である。本実施形態から理解されるように、本発明でいうドレン水ガイドは、水平板部のみを用いて構成することもできる。
【００３４】
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、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
【００３５】
上述した実施形態では、ドレン水ガイドを給気口の手前側領域であって、入水用のヘッダ寄りの位置に設けたが、ドレン水ガイドを設ける位置はこれに限定されない。ドレン水が多量に滞留し易い箇所や、ドレン水滞留に起因する不具合を生じ易い箇所などを選択して適宜設ければよい。したがって、ドレン水ガイドを複数箇所に設けた構成とすることもできる。
【００３６】
ドレン水ガイドの水平板部は、矩形プレート状でなくてもよく、これ以外の形状とすることも可能であり、またその具体的なサイズや材質も限定されない。ドレン水ガイドの取り付け手段としては、ろう付けなどの種々の手段を採用することが可能である。
【００３７】
伝熱管は、螺旋状タイプに限らず、直管状、蛇行状などの種々のタイプの伝熱管を用いることができる。本発明でいう加熱用気体は、燃焼ガスに限らず、たとえばコージェネレーションシステムの発電部から排出される高温の排ガスなどであってもよい。本発明に係る熱交換器の用途は、給湯装置用に好適であるが、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３８】
ＨＥ  熱交換器
１  伝熱管
２  ケース
２２  底壁部（ケースの）
２２ａ  上段部
２２ａ’  縁部（上段部の）
２２ｂ  下段部
２５  給気口
２６  排気口
２７  ドレン水排出口
４  ドレン水ガイド
４０  水平板部
４１  下向き板部
４  凸状段部
５  キャピラリ隙間
５１，５２  第１および第２の側面開口部（キャピラリ隙間の）
【図１】
2014214977.tif 000003
【図２】
2014214977.tif 000004
【図３】
2014214977.tif 000005
【図４】
2014214977.tif 000006