(57)【要約】【課題】整流部材の取り付けを容易かつ的確に行なえ、熱交換効率の向上ならびに低コスト化を好適に図ることが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】加熱用気体の給気口２５および排気口２６を有するケース２と、このケース２内に収容された螺旋状または蛇行状の主管体部１１およびこの主管体部１１の両端からケース２の側壁部２１Ａに向けて延びる延設管体部１０ａ，１０ｂを有する伝熱管１と、を備えている、熱交換器ＨＥ１であって、主管体部１１とケース２の側壁部２１Ａとの隙間Ｃ１に介装される整流部材４を備え、この整流部材４は、延設管体部１０ａ，１０ｂに取り付けるための係合部４１ａ，４１ｂを有し、この係合部４１ａ，４１ｂを介して整流部材４と延設管体部１０ａ，１０ｂとの間で熱伝達が可能とされている。【選択図】  図２
2014214987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱用気体の給気口および排気口を有するケースと、
このケース内に収容された螺旋状または蛇行状の主管体部およびこの主管体部の両端から前記ケースの側壁部に向けて延びる延設管体部を有する伝熱管と、
を備えており、
前記給気口から前記ケース内に流入した加熱用気体が前記伝熱管の配置箇所を通過してから前記排気口に到達するように構成されている、熱交換器であって、
前記主管体部と前記ケースの前記側壁部との隙間に介装されることにより、前記隙間の少なくとも一部を塞ぐための整流部材を備えており、
この整流部材は、この整流部材を前記延設管体部に取り付けることが可能に前記延設管体部に係合可能な係合部を有し、この係合部を介して前記整流部材と前記延設管体部との間で熱伝達が可能とされ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、
前記整流部材の前記係合部は、金属製の帯状部分または帯状部材をフック状に曲げることにより形成されている、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、
前記整流部材は、この整流部材の一側面部からこの整流部材の厚み方向に突出する板バネ片を有しており、
前記整流部材が前記隙間に介装された状態においては、前記板バネ片が前記ケースの前記側壁部に当接して押圧され、前記整流部材の他側面部は、前記板バネ片の弾発力によって前記主管体部に当接するように構成されている、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、
前記伝熱管として、複数の伝熱管を有しており、
前記整流部材の前記係合部は、前記複数の伝熱管のそれぞれの延設管体部のうち、加熱用気体の進行方向の最下流に位置する延設管体部に係合している、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、螺旋状あるいは蛇行状の主管体部を有する複数の伝熱管をケース内に収容したタイプの熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、給湯装置用などに好適な熱交換器として、たとえば特許文献１，２に記載の熱交換器を先に提案している。
これらの文献に記載された熱交換器は、加熱用気体としての燃焼ガスの給気口や排気口を有するケース内に、複数の伝熱管を収容しており、複数の伝熱管内を流れる湯水が燃焼ガスによって加熱可能とされている。複数の伝熱管のそれぞれは、螺旋状の主管体部の上下両端に直管状の延設管体部が繋がった構成を有し、この延設管体部がケースの側壁部を貫通するように設定されることにより、ケースの外部から各伝熱管への入水や、各伝熱管からケースの外部への出湯が可能とされている。
【０００３】
このような熱交換器において、熱交換効率を高めるには、ケース内に流入した燃焼ガスが伝熱管の各部に対してできる限り効率よく作用するように設定する必要がある。このための手段として、たとえば特許文献１には、伝熱管の主管体部とケースの側壁部との間に形成されている隙間をできる限り小さくするように、ケース内に整流部材を設ける手段が採用されている。
【０００４】
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、未だ改善すべき余地があった。
【０００５】
第１に、整流部材をケース内に取り付ける手段としては、ロウ付け、溶接、あるいはビス止めなどの手段が採用されているのが実情である。ところが、このような手段を用いて整流部材を取り付ける作業は、さほど容易ではなく煩雑である。したがって、その分だけ熱交換器の製造コストが高価となる。
第２に、整流部材は、伝熱管と同様に燃焼ガスにより加熱されるが、この整流部材はケースに取り付けられているに過ぎないために、この整流部材が受けた熱は熱交換には殆ど寄与せず、ケースを伝って外部に逃げることとなる。したがって、熱交換効率を高める上では、このような熱のロスを少なく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２０１０−７９６８号公報
【特許文献２】特開２００８−３２２５２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、整流部材の取り付けを容易かつ的確に行なえるとともに、整流部材が受けた熱が大きな無駄になるといった不具合をなくし、熱交換効率の向上ならびに低コスト化を好適に図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、加熱用気体の給気口および排気口を有するケースと、このケース内に収容された螺旋状または蛇行状の主管体部およびこの主管体部の両端から前記ケースの側壁部に向けて延びる延設管体部を有する伝熱管と、を備えており、前記給気口から前記ケース内に流入した加熱用気体が前記伝熱管の配置箇所を通過してから前記排気口に到達するように構成されている、熱交換器であって、前記主管体部と前記ケースの前記側壁部との隙間に配されることにより、前記隙間の少なくとも一部を塞ぐための整流部材を備えており、この整流部材は、この整流部材を前記延設管体部に取り付けることが可能に前記延設管体部に係合可能な係合部を有し、この係合部を介して前記整流部材と前記延設管体部との間で熱伝達が可能とされていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、整流部材によって、伝熱管の主管体部とケースの側壁部との隙間の少なくとも一部を塞ぎ、前記隙間に加熱用気体が無駄に多く通過することを解消して熱交換効率を高めることができることに加え、次のような効果がさらに得られることとなる。
第１に、整流部材を前記隙間に介装させて取り付けるには、整流部材の係合部を伝熱管の延設管体部に係合させればよい。このため、従来技術とは異なり、ロウ付けやビス止めなどの手段によって整流部材をケースに取り付ける必要を無くすことができ、整流部材の取り付け作業が容易となる。したがって、熱交換器の製造コストを低減することが可能である。
第２に、加熱用気体から整流部材が受けた熱については、係合部を介して伝熱管に伝達させることができる。したがって、整流部材が受けた熱がそのままケースを伝って外部に逃がしていた従来技術と比較すると、熱のロスを少なくし、熱回収量を増加させることが可能となる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、前記整流部材の前記係合部は、金属製の帯状部分または帯状部材をフック状に曲げることにより形成されている。
【００１２】
このような構成によれば、延設管体部に対する係合部の係合を容易かつ確実に行なう上でより好ましいものとなる。係合部にバネ性をもたせることもでき、このことにより、係合部を延設管体部に対してがたつきのない安定した状態に係合させることが可能となる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、前記整流部材は、この整流部材の一側面部からこの整流部材の厚み方向に突出する板バネ片を有しており、前記整流部材が前記隙間に介装された状態においては、前記板バネ片が前記ケースの前記側壁部に当接して押圧され、前記整流部材の他側面部は、前記板バネ片の弾発力によって前記主管体部に当接するように構成されている。
【００１４】
このような構成によれば、板バネ片の弾発力を利用し、整流部材が伝熱管の主管体部とケースの側壁部との対面方向にがたつきを生じないように設定することができる。また、整流部材の他側面部が伝熱管の主管体部に接触するために、整流部材と伝熱管との接触面積を大きくし、整流部材が受けた熱を伝熱管により多く伝達させることも可能となる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記伝熱管として、複数の伝熱管を有しており、前記整流部材の前記係合部は、前記複数の伝熱管のそれぞれの延設管体部のうち、加熱用気体の進行方向の最下流に位置する延設管体部に係合している。
【００１６】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、複数の伝熱管のうち、加熱用気体の進行方向の下流側に位置する伝熱管は、上流側に位置する伝熱管と比較して熱回収量が少なくなり易い。これに対し、前記構成においては、下流側に位置する伝熱管の延設管体部に整流部材を係合させており、整流部材
が受けた熱を下流側の伝熱管に伝達させることができるために、下流側の伝熱管による熱回収量、ひいては伝熱管全体による熱回収量を増加させる上で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斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のIb−Ib断面図である。
【図２】図１に示す熱交換器の分解斜視図である。
【図３】図１に示す熱交換器の側壁部に連結された伝熱管および整流部材の斜視図である。
【図４】（ａ）は、図２のIVa−IVa断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のIVb−IVb断面図である。
【図５】図１に示す熱交換器の整流部材の図３とは反対側からみた斜視図である。
【図６】（ａ）は、本発明に係る熱交換器の他の例を示す平面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のVIb−VIb断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のVic−Vic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および図２に示す熱交換器ＨＥ１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ＨＥ１は、ケース２と、このケース２内に収容された複数の伝熱管１と、整流部材４とを備えている。
【００２１】
複数の伝熱管１のそれぞれは、主管体部１１と、上側および下側の延設管体部１０ａ，１０ｂとを有している。主管体部１１は、平面視略矩形状または長円状の複数の螺旋状管体であり、これら複数の螺旋状管体は、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、主管体部１１の上部および下部に一体的に繋がり、かつ略水平に延びた直管状である。これら延設管体部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。ケース２の後壁部２０ｃおよび前壁部２０ｄ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。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により熱回収がなされ、各伝熱管１内を流通する湯水が加熱される。
【００２３】
整流部材４は、主管体部１１とケース２の側壁部２１Ａとの間に形成されている隙間Ｃ１を塞ぐための部材である。図５に示すように、この整流部材４は、本体部４０と、この本体部４０の上側および下側に突出した２つの係合部４１ａ，４１ｂとを有している。本体部４０は、たとえばステンレスなどの金属製の矩形の主板部４０ａの外周縁に、この主板部４０ａの厚み方向に突出した複数の縁板部４０ｂ〜４０ｅを連設することにより、全体の軽量化を図りつつ本体部４０についての必要かつ十分な厚みｔ１を確保している。前側および後側の縁板部４０ｄ，４０ｅの先端側には、板バネ片４２および当接片４３が屈
曲した状態で繋がっている。板バネ片４２は、この板バネ片４２が力を受けていない自然状態において、整流部材４の他の部分よりも整流部材４の厚み方向に突出した状態にあり、その先端部側は、矢印Ｎ１で示すように整流部材４の厚み方向に弾性復元力を伴って変位させることが可能である。当接片４３は、後述するように、ケース２の側壁部２１Ａに当接させるための部分である。
【００２４】
整流部材４の係合部４１ａ，４１ｂは、たとえば本体部４０とは別体の金属製の補助部材ｍを用いて構成されており（図４（ｂ）では補助部材ｍを省略）、補助部材ｍの帯状部分４４の上部および下部に曲げ加工を施すことにより形成されたフック状である。補助部材ｍは、本体部４０に対してスポット溶接などの手段を用いて接合されている。本体部４０の上側および下側の縁板部４０ｂ，４０ｃには、帯状部分４４との干渉を避けるためのスリット４５，４６が設けられており、かつ帯状部分４４は、傾斜した姿勢とされている。燃焼ガスから潜熱回収を行なった場合には、伝熱管１の表面にドレン水が発生し、このドレン水が伝熱管１から上側の縁板部４０ｂ上に流れ落ちる場合がある。この場合、図５の矢印ｎ１〜ｎ３で示すように、スリット４５を通過したドレン水は、帯状部分４４の傾斜に沿って下向きに流れ、スリット４６からその下方に流れ落ちる。このようなことにより、整流部材４の上側やその他の部分に多くのドレン水が滞留しないようにすることができる。
【００２５】
整流部材４は、既述したように、主管体部１１と側壁部２１Ａとの隙間Ｃ１に介装されるが、この介装作業は、図３に示すように、隙間Ｃ１の横から挿入することにより行なうことができる。上側の係合部４１ａは、上側の複数の延設管体部１０ａのうち、燃焼ガス流れ方向の最下流位置の延設管体部１０ａ’に係合させる。また、下側の係合部４１ｂは、下側の複数の延設管体部１０ｂのうち、やはり燃焼ガス流れ方向の最下流位置の延設管体部１０ｂ’に係合させる（図４（ａ）も参照）
【００２６】
整流部材４の上下高さ寸法は、好ましくは、図４（ａ）に示すように、上側および下側の延設管体部１０ａ，１０ｂの上下高さ方向の隙間高さｈ１と略同一である。図４（ｂ）に示すように、整流部材４が隙間Ｃ１に介装された状態においては、板バネ片４２および当接片４３が側壁部２１Ａに当接されるが、板バネ片４２は、側壁部２１Ａによって主板部４０ａ側に押圧された状態に設定される。このため、整流部材４は、矢印Ｎ２で示すように、板バネ片４２の弾発力によって主管体部１１側に押圧され、主板部４０ａの片面は主管体部１１に圧接している。
【００２７】
次に、前記した熱交換器ＨＥ１の作用について説明する。
【００２８】
まず、伝熱管１の主管体部１１とケース２の側壁部２１Ａとの隙間Ｃ１が整流部材４によって塞がれているために、隙間Ｃ１を無駄に通過する燃焼ガス量を少なくし、伝熱管１に燃焼ガスを効果的に作用させることが可能である。このことにより、熱交換効率が向上する。
【００２９】
整流部材４は、燃焼ガスから熱を受けるが、この熱は、係合部４１ａ，４１ｂを介して延設管体部１０ａ，１０ｂに伝達する。また、整流部材４の主板部４０ａは、主管体部１１に接触しているために、この接触部分を介しても整流部材４から伝熱管１側に熱伝達を生じる。このようなことから、整流部材４が受けた熱の一部が湯水加熱に利用されることとなり、熱のロスを少なくすることができる。また、複数の伝熱管１のうち、燃焼ガス流れ方向下流側に位置するものは、上流側に位置するものと比較して熱回収量が少なくなり易いが、本実施形態では、燃焼ガス流れ方向の最下流位置の延設管体部１０ａ’，１０ｂ’に整流部材４の熱を伝達させることができるために、伝熱管１全体の熱回収量を増加させる上で、より効果的となる。
【００３０】
潜熱回収に伴って発生するドレン水が伝熱管１の表面に付着したままであると、伝熱管１の熱交換効率が低下する。これに対し、整流部材４は、延設管体部１０ａ，１０ｂや主管体部１１に接触しているために、これら延設管体部１０ａ，１０ｂや主管体部１１の表面に発生しているドレン水が整流部材４を伝って下方へ流れ易くなる。したがって、本実施形態では、伝熱管１からドレン水が排除されることが促進される効果も期待でき、このことによって熱交換効率を一層高めることが可能となる。
【００３１】
図３を参照して説明したように、整流部材４を隙間Ｃ１に装着する作業は容易である。したがって、整流部材４の組み付け作業コスト、ひいては熱交換器ＨＥ１の製造コストを廉価にすることが可能である。２つの係合部４１ａ，４１ｂは、上下高さ方向ならびに前後方向に間隔を隔てて設けられているために、整流部材４の全体を安定させた状態で延設管体部１０ａ，１０ｂに取り付けることができる。また、板バネ片４２が側壁部２１Ａに当接している一方、その弾発力を利用して整流部材４の主板部４０ａを主管体部１１に圧接させているために、整流部材４が主管体部１１と側壁部２１Ａとの対向方向にがたつきを生じるといったことも適切に防止することが可能である。
【００３２】
図６は、本発明の他の実施形態を示している。同図において、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。
【００３３】
本実施形態の熱交換器ＨＥ２は、各伝熱管１の主管体部１１が、蛇行状管体部とされており、複数の伝熱管１は、上下高さ方向に並んでいる。延設管体部１０ａ，１０ｂは、ケース２の左右幅方向に延び、かつケース２の前後幅方向に間隔を隔てて位置している。整流部材４Ａは、主管体部１１と側壁部２１Ａとの隙間Ｃ２に対し、その上側から介装されており、この整流部材４Ａの上部には、最上部に位置する延設管体部１０ａ，１０ｂに係合可能な一対の係合部４１ｃが設けられている。
【００３４】
本実施形態の熱交換器ＨＥ２においても、隙間Ｃ２を整流部材４Ａによって塞ぐことにより、熱交換効率の向上が図られ、さらには整流部材４Ａが受けた熱を係合部４１ｃを介して延設管体部１０ａ，１０ｂに伝達させることができるなど、前記実施形態と同様な効果を得ることが可能である。
【００３５】
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。
【００３６】
上述の実施形態では、整流部材に２つの係合部を設けているが、係合部の具体的な数はこれに限定されず、１以上設けられていればよい。係合部は、フック状以外の形状にすることもできる。また、図５に示した構成を前提として説明すると、縁板部４０ｂ，４０ｃの一部に切り起こし加工を施してから、この切り起こし部分をフック状やその他の形状の係合部として形成するなど、本体部４０に係合部を一体的に形成することも可能である。整流部材は、伝熱管の主管体部とケースの側壁部との隙間に介装されて、加熱用気体が前記隙間を不必要に通過することを抑制し得る機能を発揮すればよく、その具体的な形態、サイズ、材質は限定されない。整流部材が複数に分割された状態で設けられていてもよい。
【００３７】
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】
ＨＥ１，ＨＥ２  熱交換器
Ｃ１，Ｃ２  隙間
１  伝熱管
１０ａ，１０ｂ  延設管体部
１１  主管体部
２  ケース
２１Ａ  側壁部（ケースの）
２５  給気口
２６  排気口
４  整流部材
４１ａ〜４１ｃ  係合部
４２  板バネ片
【図１】
2014214987.tif 000003
【図２】
2014214987.tif 000004
【図３】
2014214987.tif 000005
【図４】
2014214987.tif 000006
【図５】
2014214987.tif 000007
【図６】
2014214987.tif 000008