(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝熱管と、これら複数の伝熱管を内部に収容し、かつ加熱用媒体が内部に供給されるケースと、を備えており、
前記ケースには、前記複数の伝熱管の端部を挿通させて前記ケースの外側に引き出すための伝熱管挿通用の孔部が設けられている、熱交換器であって、
前記ケースは、一面が開口部として形成され、かつ前記複数の伝熱管が収容される空間部を規定する複数の壁部が一体成形されたケース本体と、前記開口部を塞ぐカバー部材とを備えており、
前記ケース本体の複数の壁部のいずれかには、前記伝熱管挿通用の孔部として、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部を一括して挿入することが可能な孔部が設けられており、
前記複数の伝熱管として、サイズが相違して重ね巻き状に配列された複数の螺旋状管体部を有し、かつこれら複数の螺旋状管体部どうしが前記ケース内において横並び状に配された複数の第１および第２の伝熱管を有しており、
これら複数の第１および第２の伝熱管のうち、少なくとも複数の第１の伝熱管の端部を前記ケースの外側に引き出すための伝熱管挿通用の第１の孔部は、前記複数の第１の伝熱管のそれぞれの端部を一括して挿入することが可能に形成されており、
前記ケース本体を上面開口状の姿勢にして前記複数の第１の伝熱管を前記ケース本体内にその上方から収容する際に、前記複数の第１の伝熱管を上下方向に傾斜させた姿勢でそれらの端部を前記第１の孔部に挿通させることができるように、前記第１の孔部の上下高さ方向の幅は、前記第１の伝熱管の外径よりも大きくされていることを特徴とする、熱交換器。
【請求項２】
前記伝熱管挿通用の孔部は、前記複数の伝熱管の端部の挿入時において、これら伝熱管の端部と前記孔部の内周縁との間に隙間を生じるサイズに形成されており、
前記複数の伝熱管の端部を個々に挿通させるための複数の貫通孔が形成され、かつ前記隙間を塞ぐようにして前記ケースに取り付けられる隙間閉塞部材を、さらに備えている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
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を備えており、
前記ヘッダは、前記隙間閉塞部材に対して、これとは別体の補助部材を接合し、かつこれら隙間閉塞部材と補助部材とを利用して前記複数の伝熱管の内部に連通するチャンバを形成することにより構成されている、請求項２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、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】
伝熱管を用いて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、本出願人は、特許文献１に記載されたものを先に提案している。同文献に記載されたケースは、複数の金属板を接合して形成された上面開口状のケース本体と、このケース本体の上面開口部を塞ぐカバー部材とを備えている。ケース本体の側壁部には、伝熱管通通用の複数の孔部が設けられている。このような構成によれば、ケース本体内にその上方から複数の伝熱管を収容した後に、各伝熱管の端部をケース本体の孔部に挿通させることによりケース本体の外部に適切に引き出すことができる。その後は、カバー部材を用いてケース本体の上面開口部を塞ぐことにより、ケースの組み立てを完了することができる。
【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、未だ改善すべき余地があった。
【０００４】
すなわち、ケース本体は、複数の金属板が溶接あるいはロウ付けされるなどして組み立てられるものであるために、その組み立て作業は煩雑である。また、ケース本体に設けられている複数の孔部は、複数の伝熱管の端部を個々に挿通させるためのものであるために、その挿通作業も煩雑である。この作業は、複数の伝熱管をケース本体内に収容させた状態で行なう必要があるために、その煩雑さはより顕著となる。このように、従来においては、熱交換器の製作作業が煩雑なものとなっており、熱交換器の製造コストが比較的高価となる不具合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９２０３２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、製造が容易であり、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、複数の伝熱管と、これら複数の伝熱管を内部に収容し、かつ加熱用媒体が内部に供給されるケースと、を備えており、前記ケースには、前記複数の伝熱管の端部を挿通させて前記ケースの外側に引き出すための伝熱管挿通用の孔部が設けられている、熱交換器であって、前記ケースは、一面が開口部として形成され、かつ前記複数の伝熱管が収容される空間部を規定する複数の壁部が一体成形されたケース本体と、前記開口部を塞ぐカバー部材とを備えており、前記ケース本体の複数の壁部のいずれかには、前記伝熱管挿通用の孔部として、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部を一括して挿入することが可能な孔部が設けられており、前記複数の伝熱管として、サイズが相違して重ね巻き状に配列された複数の螺旋状管体部を有し、かつこれら複数の螺旋状管体部どうしが前記ケース内において横並び状に配された複数の第１および第２の伝熱管を有しており、これら複数の第１および第２の伝熱管のうち、少なくとも複数の第１の伝熱管の端部を前記ケースの外側に引き出すための伝熱管挿通用の第１の孔部は、前記複数の第１の伝熱管のそれぞれの端部を一括して挿入することが可能に形成されており、前記ケース本体を上面開口状の姿勢にして前記複数の第１の伝熱管を前記ケース本体内にその上方から収容する際に、前記複数の第１の伝熱管を上下方向に傾斜させた姿勢でそれらの端部を前記第１の孔部に挿通させることができるように、前記第１の孔部の上下高さ方向の幅は、前記第１の伝熱管の外径よりも大きくされていることを特徴としている。
前記ケース本体の複数の壁部を一体成形する手段としては、金属板の深絞り加工、あるいは樹脂による一体成形手段を採用することができる。
【０００９】
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、ケース本体の製作に際しては、複数の金属板を溶接またはロウ付けしてケース状に組み立てる必要がなく、その製造は容易となり、生産性を高めることができる。したがって、熱交換器の製造コストを廉価にすることができる。
第２に、複数の伝熱管の端部を伝熱管挿通用の孔部に挿通させてケース外部に引き出す際には、複数の伝熱管の端部を前記孔部に一括して挿入すればよいために、この作業も容易となる。このため、熱交換器の製造コストをより低減することができる。
第３に、複数の第１および第２の伝熱管のそれぞれの螺旋状管体部をケース内において互いに接近させた配置とし、ケースの大型化を抑制することが可能となる。すなわち、図５を参照して後述する内容から理解されるように、前記構成によれば、熱交換器を組み立てる場合において、まずケース本体内に第２の伝熱管を収容し、その後に第１の伝熱管を収容する際に、この第１の伝熱管を上下方向に傾斜させることによって第２の伝熱管との干渉を回避することができる。このことにより、第１の伝熱管を収容するためのスペースとして、大きなスペースをケース本体内に確保する必要がなくなり、ケース全体の大型化を抑制することができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、前記伝熱管挿通用の孔部は、前記複数の伝熱管の端部の挿入時において、これら伝熱管の端部と前記孔部の内周縁との間に隙間を生じるサイズに形成されており、前記複数の伝熱管の端部を個々に挿通させるための複数の貫通孔が形成され、かつ前記隙間を塞ぐようにして前記ケースに取り付けられる隙間閉塞部材を、さらに備えている。
【００１１】
このような構成によれば、複数の伝熱管の端部と伝熱管挿通用の孔部の内周縁との間に生じる隙間が、隙間閉塞部材により塞がれるために、ケース内に供給される加熱用媒体が前記の隙間からケース外部に漏出することを適切に防止することができる。また、前記したように隙間を塞ぐことができれば、伝熱管挿通用の孔部をかなり大きなサイズに形成することが可能となり、この孔部に伝熱管の端部を挿通する作業を一層容易なものにすることができる。なお、前記構成においては、各伝熱管の端部を隙間閉塞部材の各貫通孔に挿通させる必要があるものの、この作業は、たとえば複数の伝熱管をケース内に収容した後に、ケースの外部において隙間閉塞部材の貫通孔を各伝熱管に嵌合することにより行なえばよく、複数の伝熱管をケース本体内に収容させた状態で複数の孔部に個別に挿通させる作業と比較するとかなり容易である。
【００１２】
本発明において、好ましくは、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を備えており、前記ヘッダは、前記隙間閉塞部材に対して、これとは別体の補助部材を接合し、かつこれら隙間閉塞部材と補助部材とを利用して前記複数の伝熱管の内部に連通するチャンバを形成することにより構成されている。
【００１３】
このような構成によれば、隙間閉塞部材を有効に利用してヘッダが構成されているために、その構成は合理的である。部品点数の少数化や構造の簡素化を図り、製造コストを低減するのにより好ましいものとなる。
【００１６】
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】
【００１７】
【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斜視図である。
【図３】図１（ｂ）のＡ部拡大断面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、図１に示す熱交換器を組み立てる際の状態を示す断面図である。
【図６】本発明の他の例を示す要部断面図である。
【図７】図６のVII−VII断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１〜図５は、本発明が適用された熱交換器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ＨＥは、２種類の伝熱管を利用したいわゆる２回路方式であり、複数の第１および第２の伝熱管１Ａ，１Ｂ、これらを内部に収容するケースＣ、２つの隙間閉塞部材５、ならびに複数のヘッダ３Ａ〜３Ｄを具備している。
【００２０】
第１の伝熱管１Ａは、平面視長円状の複数の螺旋状管体部１１Ａを有している。複数の螺旋状管体部１１Ａ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。第１の伝熱管１Ａの下端側および上端側部分は、螺旋状管体部１１Ａに繋がって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の端部は、ヘッダ３Ａ，３Ｂに接続されている。複数の第２の伝熱管１Ｂは、その基本的な形態が第１の伝熱管１Ａと同様であり、略同心の重ね巻き状に配された複数の螺旋状管体部１１Ｂに、直状管体部１０ｃ，１０ｄが繋がった構成を有し、ヘッダ３Ｃ，３Ｄが接続されている。第１および第２の伝熱管１Ａ，１Ｂは、それらの螺旋状管体部１１Ａ，１１Ｂが横並び状となるようにして、ケースＣ内に収容されている。なお、第１の伝熱管１Ａは、たとえば一般給湯用の湯水加熱を行なうためのものであるのに対し、第２の伝熱管１Ｂは、たとえば暖房用の湯水（不凍液を含む）加熱を行なうためのものである。
【００２１】
ケースＣは、図２に示すように、ケース本体２とカバー部材２５とを具備している。ケース本体２は、ステンレス鋼板などの金属板を深絞り加工して形成されたものであり、上面開口状の略直方体である。このケース本体２は、伝熱管収容用の空間部を規定する壁部として、底壁部２０ａ、前壁部２０ｂ、後壁部２０ｃ、および一対の側壁部２０ｄ，２０ｅを有しており、これらの壁部２０ａ〜２０ｅは一体成形されている。カバー部材２５は、ケース本体２の上面の開口部２４を塞ぐための部材であり、たとえばステンレス鋼板を用いて構成されている。このカバー部材２５は、ケース本体２内に第１および第２の伝熱
管１Ａ，１Ｂが収容された後に、ケース本体２の上面に固定される。この固定手段は問わない。
【００２２】
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、図１（ａ）に示すように、ケースＣの後壁部２０ｃの給気口２１Ａ，２１Ｂ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。第１および第２の伝熱管１Ａ，１Ｂどうしの間は、仕切板２９により仕切られている。前記した燃焼ガスの進行過程において、伝熱管１Ａ，１Ｂの各部に燃焼ガスが作用する。ヘッダ３Ａ〜３Ｄ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ＨＥにおいては、下側のヘッダ３Ａ，３Ｃの開口部３０に供給された湯水が、伝熱管１Ａ，１Ｂ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３Ｂ，３Ｄ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。
【００２３】
ケースＣの側壁部２０ｄには、第１の伝熱管１Ａの端部をケースＣの外部に引き出すための手段として、第１の孔部２６が上下２箇所に設けられている。この第１の孔部２６は、本発明でいう伝熱管挿通用の孔部の一例に相当し、図２に示すような略矩形状である。また、図３に示すように、第１の孔部２６の上下高さ方向の幅Ｌ１は、第１の伝熱管１Ａの外径Ｄ１よりも大きい。さらに、図４に示すように、第１の孔部２６の水平方向の幅Ｌ２は、複数の第１の伝熱管１Ａの全体の幅Ｌ３よりも大きい。このことにより、第１の孔部２６には、複数の第１の伝熱管１Ａのそれぞれの端部を一括して、かつ大きな遊びをもたせた状態で挿通することが可能である。
【００２４】
隙間閉塞部材５は、第１の孔部２６の内周縁と第１の伝熱管１Ａとの間に形成された隙間１８を閉塞するための部材であり、たとえばステンレス板をプレス成形するなどして構成されている。この隙間閉塞部材５は、複数の第１の伝熱管１Ａの端部を個々に挿通させるための複数の貫通孔５０を有しており、ケースＣの外面部に固定して取り付けられる。好ましくは、ケースＣの側壁部２０ｄのうち、隙間閉塞部材５が取り付けられる部分は、張り出し加工が施された張り出し部２８として形成されている。ケース本体２を深絞り加工により形成した場合には、複数の壁部２０ｂ〜２０ｅは、抜き勾配を有しているが、張り出し部２８は、そのような勾配を部分的に矯正する役割を果たす。より具体的には、張り出し部２８が設けられていれば、隙間閉塞部材５が取り付けられる箇所の寸法精度や平面度を高くし、隙間閉塞部材５と第１の伝熱管１Ａとの交差角を直角または略直角に設定することが容易化される。これは、隙間閉塞部材５によって各伝熱管１Ａを的確に支持するのに好ましく、また隙間閉塞部材５と第１の伝熱管１Ａとをロウ付けまたは溶接する場合にも好ましい。図３および図４においては、第１の伝熱管１Ａの下側の直状管体部１０ａに対応する構成が示され、上側の直状管体部１０ｂに対応する構成は示されていないものの、この直状管体部１０ｂに対応する構成も、前記した構成と同様であり、その説明は省略する。
【００２５】
複数の第２の伝熱管１Ｂを、ケースＣの外部に引き出すための手段としては、側壁部２０ｅに複数の第２の孔部２７が設けられている。これら第２の孔部２７は、従来技術において設けられていた孔部と同様な構成であって、本発明が意図する伝熱管挿通用の孔部には該当しない。複数の第２の孔部２７は、第２の伝熱管１Ｂの端部を殆ど隙間の無い状態で個々に挿通させることが可能な形状およびサイズである。好ましくは、これら第２の孔部２７が設けられている箇所およびその近辺も、張り出し加工が施された張り出し部２８’とされており、この張り出し部２８’と第２の伝熱管１Ｂとが直交または略直交するように構成されている。
【００２６】
次に、前記した熱交換器ＨＥの作用について説明する
【００２７】
熱交換器ＨＥを組み立てる場合、ケースＣ内に第１および第２の伝熱管１Ａ，１Ｂを収容する。この作業を行なうには、まず図５（ａ）に示すように、ケース本体２内にその上方から第２の伝熱管１Ｂを収容する。その後は、第２の伝熱管１Ｂを側壁２０ｅ寄りに移動させて、第２の伝熱管１Ｂの端部を第２の孔部２７に挿通させる。この作業自体は、従来と同様な作業であるが、本実施形態においては、第２の伝熱管１Ｂの全体のサイズに比較して、ケース本体２の全体のサイズは大きい。したがって、ケース本体２内における作業スペースは広く、前記作業を比較的容易に行なうことが可能である。もちろん、本実施形態とは異なり、第２の孔部２７を、第１の孔部２６と同様な構成としてもよい。
【００２８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、第１の伝熱管１Ａを傾斜させた姿勢として、ケース本体２の内部にその上方から進入させる。既述したように、第１の孔部２６の上下方向の幅Ｌ１は、第１の伝熱管１Ａの外径Ｄ１よりも大きいために、第１の伝熱管１Ａを傾斜させた状態であっても、第１の孔部２６に挿通させることが可能である。このように、第１の伝熱管１Ａを傾斜させれば、第２の伝熱管１Ｂとの干渉を回避しつつ、第１の伝熱管１Ａをケース本体２内に収容することができる。本実施形態とは異なり、仮に、第１の伝熱管１Ａを傾斜させることなくケース本体２内に収容させようとすれば、第２の伝熱管１Ｂとの干渉を回避すべく第１の伝熱管１Ａを配置させるためのスペースを相当に大きくする必要があるが、本実施形態によればそのような必要を無くし、ケース本体２の大型化を抑制することができる。また、第１および第２の伝熱管１Ａ，１Ｂがケース本体２内に収容された状態においては、これらを互いに接近させてデッドスペースを小さくすることもできる。
【００２９】
第１の孔部２６には、複数の第１の伝熱管１Ａの端部を一括して挿通することが可能であるため、その挿通作業は容易である。とくに、本実施形態では、第１の孔部２６は、上下方向の幅Ｌ１が大きいだけではなく、図４を参照して説明したように、水平方向の幅Ｌ２も大きくされているために、前記挿通作業は一層容易なものとなる。このため、熱交換器ＨＥの組み立て作業性は良好なものとなる。第１の伝熱管１Ａをケース本体２内に収容した後には、隙間閉塞部材５を利用して、第１の孔部２６の隙間１８を塞ぐが、この隙間閉塞部材５の取り付けは、ケースＣの外部から行なうことができるために、その作業は容易であり、この隙間閉塞部材５を設けることに起因して熱交換器ＨＥの全体の組み立て作業性が悪化するといった不具合はない。なお、第１の伝熱管１Ａの隙間１８を塞ぐと、ケースＣ内に供給される燃焼ガスが隙間１８から外部に漏出することが適切に防止される。
【００３０】
ケース本体２は、既述したように、一枚の金属板に深絞り加工を施して形成されたものである。このため、ケース本体２の製造は容易であり、ケースＣ全体の生産性を高めることが可能である。その結果、熱交換器ＨＥの製造コストを一層低減することができる。
【００３１】
図６および図７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。
【００３２】
図６および図７に示す実施形態においては、隙間閉塞部材５に補助部材６を接合し、入水用または出湯用のヘッダ３を形成している。補助部材６は、たとえば隙間閉塞部材５と同様な材質の金属板にプレス加工を施して形成されたものであり、この補助部材６と隙間閉塞部材５との両者によって、第１の伝熱管１Ａの内部が連通したチャンバ３１を形成している。補助部材６には、チャンバ３１に湯水の流入または流出を行なわせるための開口部３０が設けられている。
【００３３】
本実施形態によれば、隙間閉塞部材５を有効に利用してヘッダ３が構成されている。こ
のため、隙間閉塞部材５とは別個に製作されたヘッダを第１の伝熱管１Ａに接続する場合と比較すると、その構造は簡素であり、熱交換器の製造コストを低減する上で、より有利となる。
【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、種々に設計変更自在である。
【００３５】
上述した実施形態では、１つのケースＣ内に２種類（２系統）の伝熱管が収容されているが、本明はこれに限定されず、たとえば１種類の伝熱管のみが収容された構成とすることもできる。伝熱管は、螺旋状管体部を有するものに限らない。たとえば、蛇行状の管体部を有するものや、Ｕ字管などを用いることもできる。
【００３６】
ケース本体の形態は、一面開口状であればよく、上面開口状の形態に代えて、側面開口状あるいは底面開口状にすることもできる。また、ケース本体は、深絞り加工された金属製のものに代えて、合成樹脂製によってケース本体各部が一体成形されたものとして構成することも可能であり、その具体的な材質も問わない。
【００３７】
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。
【００３８】
本発明において、隙間閉塞部材を設ける場合、この隙間閉塞部材の取り付け手法も限定されない。上述した実施形態では、伝熱管をケース本体内に収容した後に、隙間閉塞部材をケース本体の外面に取り付けていたが、これに代えて、たとえば伝熱管をケース本体内に収容する以前の段階で、隙間閉塞部材を伝熱管の端部に装着しておき、伝熱管をケース本体内に収容した後に、隙間閉塞部材をケース本体の内面部に固定させるといった手段を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３９】
ＨＥ    熱交換器
Ｃ      ケース
１Ａ，１Ｂ  第１および第２の伝熱管（伝熱管）
２      ケース本体
３，３Ａ〜３Ｄ    ヘッダ
５      隙間閉塞部材
６      補助部材
１８    隙間
２０ａ  底壁部（ケース本体の）
２０ｂ  前壁部（ケース本体の）
２０ｃ  後壁部（ケース本体の）
２０ｄ，２０ｅ  側壁部（ケース本体の）
２４    開口部（ケース本体の）
２５    カバー部材（ケースの）
２６    第１の孔部（伝熱管挿通用の孔部）
【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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【図７】
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