(57)【要約】【課題】燃焼排気の結露水に対して耐食性が高く、かつ低圧損の廃熱回収用熱交換器を提供することを目的とする。【解決手段】ステンレス鋼製側板６ａ、６ｂ間にステンレス鋼製プレートフィン７を所定の間隔で複数枚並設し、側板６ａ、６ｂとプレートフィン７の開口部は段付バーリング形状でそれぞれが重なり合って挿入される。側板６ａ、６ｂとプレートフィン７の段付バーリング部の内径よりも一回り外径が小さい銅製のＵ字形通水管８が、入水側と出水側に挿入され、端部の入水側には銅製の入水ヘッダー９がろう付けされ、出水側には銅製の出水ヘッダー１０がろう付けされる。これにより、燃焼排気の通過する部分はすべてステンレス鋼となるため耐食性が高く、また、複数の経路で並列に廃熱回収用熱交換器に通水できるため、通水抵抗を小さくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼製の側板と、前記側板間に配列したステンレス鋼製のプレートフィンと、前記側板とプレートフィンに設けた開口部に内通させ入水口と出水口を設けた複数の銅製通水管と、前記通水管の入水口を集合させ１つの入水経路を形成する入水ヘッダーと、前記通水管の出水口を集合させ１つの出水経路を形成する出水ヘッダーとを備え、前記側板とプレートフィンに設けた開口部は段付バーリング形状とし、前記側板と複数のプレートフィンは互いにバーリングの段付部で重なり、通水管は受熱部に対しステンレス鋼板による２重構造とし、前記入水ヘッダー及び出水ヘッダーを介して並列の熱交換経路を形成することを特徴とする燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器。
【請求項２】
通水管は略Ｕ字形とし、片側に入水口と出水口を設け、前記入水口、及び出水口を集合する入水ヘッダー、及び出水ヘッダーを片方に集約させた請求項１記載の燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器。
【請求項３】
ステンレス鋼製の側板とプレートフィンに段付バーリング加工を施した開口部を設け、該開口部に通水管を挿入し、前記通水管を拡管加工することで側板、プレートフィン、通水管を一体に接合するようにした請求項１または２に記載の燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器。
【請求項４】
入水ヘッダーは複数の通水管の入水口を集合させ、複数の入水経路を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器。
【請求項５】
出水ヘッダーは複数の通水管の出水口を集合させ、複数の出水経路を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器。
【請求項６】
入水ヘッダーの入水口と出湯ヘッダーの出水口の取り出しを逆向き方向とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器。
【請求項７】
入水ヘッダーの入水口と出湯ヘッダーの出水口を各々の中央部に配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器。
【請求項８】
ステンレス鋼として、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオースナイト系ステンレス鋼を用いた請求項１から７のいずれか１項に記載の燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯や温水暖房に用いる燃焼式熱源機の排気通路に組み込み、燃焼排気に含まれる廃熱の利用を行なう廃熱回収用熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の廃熱回収用熱交換器は、排気中の窒素酸化物が溶け込んだ酸性の結露水にさらされるため、加工性の良い銅を直接使用することはできないので、耐食性の高いステンレス鋼製の側板とプレートフィンにステンレス鋼製受熱管を貫通させ、その中に銅製通水管を挿入し、端部を銅製のＵ字管で接続している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された従来の廃熱回収用熱交換器を示すものであり、図７は主要部の断面図である。図６、７に示すように、ステンレス鋼製側板１と、ステンレス鋼製プレートフィン２と、ステンレス鋼製受熱管３と、銅製通水管４と、銅製Ｕ字管５から構成されている。
【特許文献１】特開２０００−１４６３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成は、１つの通水経路で廃熱を利用した熱交換を行なうという発想のもとになされたもので、１つの通水経路を構成するために、通水管の端部を多くの銅製Ｕ字管で接合する必要があり、この接合作業に時間がかかる。また、入水から出水までに多くの曲りが存在するため、熱交換器の通水抵抗が大きくなってしまい、低水圧時の流量が低下するという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃焼排気の結露水に対する耐食性を高めるとともに、加工性がよく、かつ低圧損の廃熱回収用熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の廃熱回収用熱交換器は、ステンレス鋼製の側板と、前記側板間に配列したステンレス鋼製のプレートフィンと、前記側板とプレートフィンに設けた開口部に内通させ入水口と出水口を設けた複数の銅製通水管と、前記通水管の入水口を集合させ１つの入水経路を形成する入水ヘッダーと、前記通水管の出水口を集合させ１つの出水経路を形成する出水ヘッダーとを備え、前記側板とプレートフィンに設けた開口部は段付バーリング形状とし、前記側板とプレートフィンは互いにバーリングの段付部で重なり、通水管は受熱部に対しステンレス鋼板による２重構造とし、前記入水ヘッダー及び出水ヘッダーを介して並列の熱交換経路を形成するようにしたものである。
【０００７】
この構成によって、燃焼排気との接触部分である受熱部は前記側板とプレートフィンに設けた段付バーリング形状により、ステンレス鋼板による２重構造としているため、燃焼時の通水により生じる排ガス成分を含む結露水で銅製の通水管が侵されるという事態は回避でき、かつ通水管を入水口と出水口に対して並列に接続し複数の通水経路を経由して通水する構成としたことにより、廃熱回収用熱交換器内における通水抵抗を小さくすることができ、低水圧時の流量低下という問題も軽減できる。さらに、通水管を並列に接続し入水口と出水口をそれぞれ集合させた通水経路構成とすることにより、通水管端部における接合作業を大幅に軽減することができ、通水管の配設構成も簡素化され、加工性の向上が図れるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の廃熱回収用熱交換器は、燃焼排気の結露水に対する耐食性を高めるとともに、低圧損の熱交換経路を実現し、かつ加工性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、ステンレス鋼製の側板と、前記側板間に配列したステンレス鋼製のプレートフィンと、前記側板とプレートフィンに設けた開口部に内通させ入水口と出水口を設けた複数の銅製通水管と、前記通水管の入水口を集合させ１つの入水経路を形成する入水ヘッダーと、前記通水管の出水口を集合させ１つの出水経路を形成する出水ヘッダーとを備え、前記側板とプレートフィンに設けた開口部は段付バーリング形状とし、前記側板とプレートフィンは互いにバーリングの段付部で重なり、通水管は受熱部に対しステンレス鋼板による２重構造とし、前記入水ヘッダー及び出水ヘッダーを介して並列の熱交換経路を形成したことを特徴とするもので、燃焼排気との接触部分である受熱部はステンレス鋼製の段付バーリングで構成し、その内通部に銅製の通水管を挿入して通水経路を形成したステンレス鋼板による２重構造としているため、燃焼時の通水により生じる排ガス成分を含む結露水で銅製の通水管が侵されるという事態は回避でき、かつ通水管を入水口と出水口に対して並列に接続し複数の通水経路を経由して通水する構成としたことにより、廃熱回収用熱交換器内における通水抵抗を小さくすることができ、低水圧時の流量低下という問題も軽減できる。さらに、通水管を並列に接続し入水口と出水口をそれぞれ集合させた通水経路構成とすることにより、通水管端部における接合作業を大幅に軽減することができ、通水管の配設構成も簡素化され、加工性の向上が図れるものである。
【００１０】
第２の発明は、通水管を略Ｕ字形とし、片側に入水口と出水口を設け、前記入水口、及び出水口を集合する入水ヘッダー、及び出水ヘッダーを片方に集約させることを特徴とするもので、燃焼排気の廃熱回収面積を確保しつつ通水経路の圧損を軽減することができ、かつ、ろう付け箇所を増やすことなく、熱源機へ組み込んだ際、器具の前面に入水、出水ヘッダーを配置することが可能となって、合理的な配管構成を確保することができる。
【００１１】
第３の発明は、プレートフィンに段付バーリング加工を施した開口部を設け、該開口部に通水管を挿入し、前記通水管を拡管加工することで側板、プレートフィン、通水管を一体に接合するようにしたことを特徴とするもので、ろう付けや溶接による接合手段を用いることなく、短時間で確実に接合ができるため、加工性が向上するとともに、プレートフィン、通水管の密着が良くなり熱の伝達も効率よく行うことができる。
【００１２】
第４の発明は、入水ヘッダーを複数の通水管の入水口を集合させ、複数の入水経路を形成するように配置したことを特徴とするもので、熱交換が必要な部分にだけ通水できるようになり、熱源機を部分的に燃焼させた場合でも効率よく廃熱回収ができる。
【００１３】
第５の発明は、出水ヘッダーを複数の通水管の出水口を集合させ、複数の出水経路を形成するように配置したことを特徴とするもので、熱交換が必要な部分にだけ通水できるようになり、熱源機を部分的に燃焼させた場合でも効率よく廃熱回収ができる。
【００１４】
第６の発明は、入水ヘッダーの入水口と出湯ヘッダーの出水口の取り出しを逆向き方向とすることを特徴とするもので、入水ヘッダーと出湯ヘッダーに接続された複数の通水管の通水抵抗が均一になり、流れる水の量が均一になり、燃焼排気ガスの廃熱回収が効率よくできる。
【００１５】
第７の発明は、入水ヘッダーの入水口と出湯ヘッダーの出水口を各々の中央部に配置することを特徴するもので、入水ヘッダーと出湯ヘッダーに接続された複数の通水管の通水抵抗は中央から両サイド方向に通水抵抗が大きくなり、通水管に流れる通水量も中央から両サイドに向かって減少する。排気ガスの流れも中央から両サイドに向けて減少するため、排気ガスの流れの多い中央部の通水管への通水量が多く流れることになり、燃焼排気ガスの廃熱回収が効率よくできる。
【００１６】
第８の発明は、ステンレス鋼として、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオースナイト系ステンレス鋼を用いたことを特徴とするもので、燃焼排気の結露水に接する部分の耐食性を高めるとともに、安価で汎用性を有する廃熱回収用熱交換器を提供することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における廃熱回収用熱交換器の上面図、図２は同廃熱回収用熱交換器の主要部の断面図、図３は同廃熱回収用熱交換器を組み込んだガス給湯機の全体構成図である。
【００１９】
図１において、ステンレス鋼製側板６ａ、６ｂの間にはステンレス鋼製プレートフィン７が所定の間隔を有して複数枚並設されており、そのプレートフィン７の適所には側板６ａと６ｂを貫通して所定の数だけ開口が設けてある。側板６ａ、６ｂとプレートフィン７に設けた開口部の内径よりも一回り外径が小さい銅製のＵ字形通水管８が挿入される。通水管８は入水側と出水側のペアとなる通水管８に片側から挿入される。
【００２０】
図２に示すように、側板６ａ、６ｂとプレートフィン７の開口の周囲は段付バーリング加工されており、通水管８を挿入後、拡管加工することで、側板６ａ、６ｂとプレートフィン７は通水管８と一体に接合される。また、通水管８の入水側には銅製の入水ヘッダー９がろう付けされ、出水側には銅製の出水ヘッダー１０がろう付けされる。
【００２１】
以上のように、本実施の形態においてはＵ字形にした通水管８を挿入後、拡管加工でプレートフィン７、側板６ａ、６ｂと一体に接合できるため、非常に短時間で確実に接合ができるとともに、プレートフィン７、通水管８の密着も良くなるため、熱の伝達も効率よく行うことができる。
【００２２】
次に、図３を用いて廃熱回収用熱交換器１２をガス給湯機に組み込んだ構成について説明する。
【００２３】
図３において、廃熱回収用熱交換器１１は主熱交換器１２の上部の排気通路内に組み込まれ、バーナ１３で発生した燃焼熱により主熱交換器１３２が加熱され、その後、主熱交換器１２を通った排気は側板６ａ、６ｂ間を通るよう導かれ、そこでプレートフィン７を介して受熱し通水管８内の水と熱交換される。また、給水は入水ヘッダー９に接続され、この入水ヘッダー９を介して複数の通水管８に分岐して並列に流れ、主熱交換器１２の入水側に接続された出水ヘッダー１０で集合されて主熱交換器１２に流れる。給湯が使用された場合、給水は入水ヘッダー９に入りそこから各通水管８を通過し出水ヘッダー１０より出た後、主熱交換器１２を通って給湯栓に出湯される。
【００２４】
以上のように、本実施の形態では、廃熱回収用熱交換器１１の排気が通過する部分はすべて耐食性が高く、一般的に管材等が入手しやすいステンレス鋼のオースナイト系ＳＵＳ３０４を使用しているため、酸性の結露水に腐食されることがない。
【００２５】
なお、ステンレス鋼としてはオースナイト系ＳＵＳ３０４の他、さらに耐食性の高いＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等を使用してもよい。
【００２６】
また、通常、廃熱回収用熱交換器を組み込まないガス給湯機に比べると廃熱回収用熱交換器の分だけ給湯の通水抵抗が増してしまうが、本実施の形態では、入水側に入水ヘッダー９、出水側に出水ヘッダー１０を設け、複数の経路で並列に廃熱回収用熱交換器１１に通水することができるため、通水抵抗を小さくすることができる。
【００２７】
さらに、本実施の形態では、通水管８をＵ字形にし、入水ヘッダー９と出水ヘッダー１０を廃熱回収用熱交換器１１の片側に配置しているため、ガス給湯機に組み込む場合、前面側にヘッダーを配置でき組み立て性がよい。
【００２８】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における廃熱回収用熱交換器の上面図である。実施の形態１と異なる点は入水ヘッダーを２分割し、片側の入水ヘッダー１６には開閉弁１８を取り付けているところであり、全ての通水管に水を流すか、入水ヘッダー１７に接続された通水管にのみ水を流すか選択することが可能となっているところである。
【００２９】
これにより、負荷が少なくバーナーが半面以下しか燃焼していない場合には入水ヘッダー１６の開閉弁１８を閉とすることで、バーナーの燃焼している側にだけ水を流すことができ、バーナーの非燃焼部を流れる空気によって熱交換器内の水が冷却されることがなくなり、部分負荷時にも高い熱効率を得ることができる。
【００３０】
なお、出水ヘッダーを分割しても上記と同一の効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明にかかる燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器は、製造が容易で、かつ低圧損が可能となるので、ガスや石油を燃料とする風呂給湯機や給湯暖房機等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１における廃熱回収用熱交換器の上面図
【図２】同廃熱回収用熱交換器主要部の断面図
【図３】同廃熱回収用熱交換器を組み込んだガス給湯機の全体構成図
【図４】本発明の実施の形態２における廃熱回収用熱交換器主要部の断面図
【図５】従来の廃熱回収用熱交換器の斜視図
【図６】従来の廃熱回収用熱交換器主要部の断面図
【符号の説明】
【００３３】
６ａ  側板
６ｂ  側板
７、１６  プレートフィン
８  通水管
９、１６、１７  入水ヘッダー
１０  出水ヘッダー
１１  廃熱回収用熱交換器
１２  主熱交換器
１３  バーナ
１４  ファン
１８  開閉弁
【図１】
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【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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