(57)【要約】【課題】内部が燃焼排気の通路となるケーシングと、ケーシングに収容される吸熱管と、吸熱管へ被加熱流体を導入する導入管と、吸熱管からの被加熱流体を導出する導出管と、導入管および導出管と吸熱管とを各別に接続する接続通路が貫通した接続ユニットとを具備する熱交換器において、吸熱管と導入管等とを連結する管路連結部の耐久性および組立作業性を向上させる。【解決手段】ケーシングの内壁にはケーシングを内外に連通させる連通筒が突設され、接続ユニットは、連通筒内と接続通路とが導通されるようにケーシングの外壁に固定部材で固定され、吸熱管の端部は、連通筒内から接続通路端部の差込口に挿通され、吸熱管の外周と差込口とを気密状態にシールする第１環状シール部材と、吸熱管の外周と連通筒の内周とを気密状態にシールする第２環状シール部材とを備えた。【選択図】  図４
2004271109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が燃焼排気の通路となるケーシングと、前記ケーシングに収容される吸熱管と、前記吸熱管へ被加熱流体を導入する導入管と、前記吸熱管からの被加熱流体を導出する導出管と、前記導入管および前記導出管と前記吸熱管とを各別に接続する接続通路が貫通した接続ユニットとを具備する熱交換器において、
前記ケーシングの内壁には前記ケーシングを内外に連通させる連通筒が突設され、
前記接続ユニットは、前記連通筒内と前記接続通路とが導通されるように前記ケーシングの外壁に固定部材で固定され、
前記吸熱管の端部は、前記連通筒内から前記接続通路端部の差込口に挿通され、
前記吸熱管の外周と前記差込口とを気密状態にシールする第１環状シール部材と、前記吸熱管の外周と前記連通筒の内周とを気密状態にシールする第２環状シール部材とを備えた、熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
前記吸熱管の外周には、前記連通筒から前記接続ユニット側に突出する部分に、第１環状凸部が形成され、
前記連通筒の前記ケーシングの外側開口周縁と前記第１環状凸部との間隙には、前記吸熱管が前記ケーシングの内側方向へ抜け出すのを阻止する留め具が挿入されている、熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器において、
前記吸熱管の外周には、前記連通筒の前記ケーシングの内側開口部に対応する位置に、第２環状凸部が形成され、
前記ケーシングの内壁には、前記第２環状凸部に係合して前記吸熱管が前記ケーシングの内側方向へ抜け出すのを阻止する係合部材が設けられている、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスバーナで生成される燃焼排気中の熱を水等の被加熱流体に回収させる熱交換器に関するものであり、例えば、給湯器や風呂釜の熱交換器に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼排気中に含まれる水蒸気を吸熱管の表面に凝縮させることでその潜熱を回収する熱交換器を組み込むことにより熱交換効率の向上を図った給湯器（以下、「コンデンシング給湯器」という）として、前記吸熱管を断面波形状のフレキシブルパイプで構成したものが知られている。
【０００３】
図６に示すように、コンデンシング給湯器１内に組み込まれた上述の熱交換器９は、波形に屈曲され且つケーシング９０の一方の壁面９００に支持された状態でケーシング９０内に収容される吸熱管９１と、該吸熱管９１の両端と連通する接続ユニット９２，９２とを具備している。また、吸熱管９１の一端側の接続ユニット９２には、吸熱管９１へ水を導入する導入管１５が連結され、他端側の接続ユニット９２には、吸熱管９１からの温水を導出する導出管１６が連結されている。
【０００４】
この導入・導出管１５，１６と吸熱管９１との管路連結構造として、以下に説明する従来から知られた構造を採用することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図７に示すように、熱交換器９の壁面９００に形成された連通筒９０１には、壁面９００の外側に突設される短筒状の中間リング９２ａが溶接等によって連結されている。また、該中間リング９２ａには前記接続ユニット９２が外嵌接続されており、該外嵌部が固定ねじＮによって固定されている。吸熱管９１の端部には、接続パイプ９１ａが溶接または可締めることによって連結されており、該接続パイプ９１ａが中間リング９２ａに挿入されている。また、接続パイプ９１ａは、その先端にＣリング９１ｃを嵌合させて、中間リング９２ａから壁面９００の内側方向に抜け出すのを阻止している。これにより、吸熱管９１は、連通筒９０１と中間リング９２ａとの接合部Ｐ２で支持された状態で前記壁面９００に取り付けられている。
【０００６】
また、接続パイプ９１ａの外周面と中間リング９２ａの内周面との間および、中間リング９２ａの外周面と接続ユニット９２の内周面との間には、Ｏリング９１ｂ，９２ｂが各別に環装されており、それら接合面の気密性が保持されている。
【０００７】
このものでは、吸熱管９１の先端に連結された接続パイプ９１ａを、壁面９００に取り付けられた中間リング９２ａに挿入し、接続パイプ９１ａの先端にＣリング９１ｃを嵌合させることによって、吸熱管９１が壁面９００に抜け止め状態に保持されるから、組立時に吸熱管９１を壁面９００へ容易に取り付けることができる。また、中間リング９２ａは壁面９００の外側に突設されているから、接続ユニット９２の取り付けも容易に行うことができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３３６８３５号公報（第１−５頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の管路連結構造を用いた熱交換器９では、壁面９００の連通筒９０１に中間リング９２ａを溶接等によって連結し、吸熱管９１の端部に接続パイプ９１ａを溶接または可締めることによって連結しなければならない。即ち、吸熱管９１と導入管１５等との管路連結部の組立工程において溶接等の熟練技術が必要となるから、熱交換器９全体の組立工程が複雑になり、組立作業性が低下するおそれがある。
【００１０】
また、吸熱管９１を支持する管路連結部には、吸熱管９１内の水の重量やウォーターハンマー現象の衝撃等による過大な変形応力が加えられるが、上記従来の管路連結構造では、溶接等によって接合されている接合部Ｐ２に対して集中的に前記変形応力が加わり、該接合部Ｐ２に破損や亀裂等が生じて気密性の低下を招来するおそれがある。接合部Ｐ２の気密性の低下は、水分に溶け込むと酸性化する熱交換器９内の燃焼排気の漏出原因となり、給湯器内の部品類を腐食させる要因となる。
【００１１】
さらに、溶接または可締めることによって接合されている吸熱管９１と接続パイプ９１ａとの接合部Ｐ１に対しても上記過大な変形応力が加わるから、破損や亀裂等による接合部Ｐ１の気密性の低下を招来するおそれがある。
【００１２】
本発明は係る点に鑑みてなされたもので、
『内部が燃焼排気の通路となるケーシングと、前記ケーシングに収容される吸熱管と、前記吸熱管へ被加熱流体を導入する導入管と、前記吸熱管からの被加熱流体を導出する導出管と、前記導入管および前記導出管と前記吸熱管とを各別に接続する接続通路が貫通した接続ユニットとを具備する熱交換器』において、吸熱管と導入管等とを連結する管路連結部の耐久性および組立作業性を向上させた熱交換器を提供することをその課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
［１項］
上記課題を解決するための本発明の技術的手段は、
『前記ケーシングの内壁には前記ケーシングを内外に連通させる連通筒が突設され、
前記接続ユニットは、前記連通筒内と前記接続通路とが導通されるように前記ケーシングの外壁に固定部材で固定され、
前記吸熱管の端部は、前記連通筒内から前記接続通路端部の差込口に挿通され、
前記吸熱管の外周と前記差込口とを気密状態にシールする第１環状シール部材と、前記吸熱管の外周と前記連通筒の内周とを気密状態にシールする第２環状シール部材とを備えた』ことである。
上記技術手段によれば、前記接続ユニットを、前記連通筒内と前記接続通路とが導通するようにケーシングの外壁に固定部材で固定し、吸熱管の端部を、前記連通筒内から前記接続通路端部の差込口に挿通すれば、接続ユニットに連結される導入・導出管と吸熱管とが連通接続されるから、既述従来のものと相違し、溶接やろう付け等の熟練技術が不要となり、熱交換器全体の組立工程を簡略化することができる。
【００１４】
また、吸熱管は、前記連通筒内に挿通されるとともに、ケーシングの外壁に固定された接続ユニットの差込口に挿通されているから、これら連通筒と接続ユニットの二つの支持部で吸熱管が支持される。従って、吸熱管内の被加熱流体の重量やウォーターハンマー現象の衝撃等による過大な変形応力が、吸熱管と連通筒との接合部以外の部分（吸熱管と接続ユニットとの接合部）に分散される。従って、吸熱管と連通筒との接合部の破損や亀裂等の発生を抑制することができる。
【００１５】
［２項］
前記１項において、
『前記吸熱管の外周には、前記連通筒から前記接続ユニット側に突出する部分に、第１環状凸部が形成され、
前記連通筒の前記ケーシングの外側開口周縁と前記第１環状凸部との間隙には、前記吸熱管が前記ケーシングの内側方向へ抜け出すのを阻止する留め具が挿入されている』ものでは、連通筒のケーシングの外側開口周縁と前記第１環状凸部との間隙に前記留め具を挿入して、吸熱管がケーシングの内側方向へ抜け出すのを阻止しているから、溶接やろう付け等の熟練技術を要することなく、吸熱管をケーシングの内壁に容易に取り付けることができる。
【００１６】
［３項］
前記１項または２項において、
『前記吸熱管の外周には、前記連通筒の前記ケーシングの内側開口部に対応する位置に、第２環状凸部が形成され、
前記ケーシングの内壁には、前記第２環状凸部に係合して前記吸熱管が前記ケーシングの内側方向へ抜け出すのを阻止する係合部材が設けられている』ものでは、ケーシングの内壁に前記係合部材を設けて前記第２環状凸部に係合させ、吸熱管がケーシングの内側方向へ抜け出すのを阻止しているから、吸熱管をケーシングの内側からその内壁に取り付けることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、上記構成であるから次の特有の効果を有する。
吸熱管と導入管等との管路連結部の組立工程において溶接やろう付け等の熟練技術が不要となり、熱交換器全体の組立工程を簡略化することができるから、熱交換器の組立作業性が向上する。
【００１８】
また、吸熱管内の被加熱流体の重量やウォーターハンマー現象の衝撃等による過大な変形応力が、吸熱管と接続ユニットとの接合部にも分散されて、吸熱管と連通筒との接合部の破損や亀裂等の発生を抑制することができるから、管路連結部の耐久性が向上する。
【００１９】
２項のものでは、連通筒のケーシングの外側開口周縁と第１環状凸部との間隙に留め具を挿入することによって、吸熱管をケーシングの内壁に取り付けることができるから、熱交換器の組立作業性が良い。
【００２０】
３項のものでは、ケーシングの内壁に設けた係合部材に第２環状凸部を係合させることよって、吸熱管をケーシングの内側からその内壁に取り付けることができるから、熱交換器の組立作業性が一層向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、上記した本発明の実施の形態を図面に従って詳述する。
図１は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を、潜熱を回収するための副熱交換器２として組み込んだコンデンシング給湯器１の概念図である。
【００２２】
このコンデンシング給湯器１では、本体ケース１０内に設けられたファンＦの上方にバーナＢが設けられているとともに、該バーナＢの上方にバーナＢからの燃焼排気の顕熱を回収する吸熱管３１を収容する主熱交換器３が設けられている。該吸熱管３１は、銅製の直管と曲管とを組合わせて一つの波形状の管路に形成されたものであり、その一端側には後述する導出管１６が連結され、他端側には吸熱管３１で加熱された温水を導出する温水通路１６０が連結されている。従って、吸熱管３１には、後述する導出管１６から導出される水が供給され、吸熱管３１に供給された水は温水通路１６０へ排出される。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る熱交換器たる副熱交換器２は、前記主熱交換器３の上方に連設されており、バーナＢからの燃焼排気中に含まれる水蒸気の潜熱を回収する吸熱管２１が収容されている。該吸熱管２１には、吸熱管２１へ水を導入する導入管１５と、吸熱管２１に流れる水を導出する導出管１６とが連結されている。
【００２４】
副熱交換器２のケーシング２０に形成された排気口２０４は、本体ケース１０に形成された排気口１０４に連通されている。従って、バーナＢからの燃焼排気は、主熱交換器３を通って副熱交換器２へ流れ、排気口１０４から本体ケース１０外へ排出される。
【００２５】
従って、導入管１５から導入される水は、副熱交換器２で燃焼排気中に含まれる水蒸気の潜熱を回収し、導出管１６から主熱交換器３の吸熱管３１へ導出される。導出管１６から導出された水は、主熱交換器３でさらに燃焼排気の顕熱を回収し、温水通路１６０へ排出される。
【００２６】
図２は、副熱交換器２の側面図である。この副熱交換器２は、矩形箱状に形成されたケーシング２０の一方の側壁２００に取り付けられる接続ユニット２２Ａ，２２Ｂと、その一方の接続ユニット２２Ａと他方の接続ユニット２２Ｂとを連結する複数の吸熱管２１とを具備している。吸熱管２１の一端側の接続ユニット２２Ａには、前記導入管１５が連結され、他端側の接続ユニット２２Ｂには、前記導出管１６が連結されている。
【００２７】
以下、副熱交換器２の各部の詳細を説明する。
［ケーシング２０について］
前記ケーシング２０の下面には、既述主熱交換器３からの燃焼排気をケーシング２０の背面側に導く傾斜板２０２が設けられており、該傾斜板２０２の最上端の隣接部に燃焼排気の流入口２０５が形成されている。ケーシング２０の内側上面には、傾斜板２０２と略平行に傾斜する排気案内板２０３が設けられており、傾斜板２０２と排気案内板２０３との上下間に形成された空間が、前記吸熱管２１を収容する熱交換室２１０となる。また、ケーシング２０の前面側上部には、前記熱交換室２１０と連通する排気口２０４が開口している。従って、ケーシング２０の下面から供給される燃焼排気は、流入口２０５から熱交換室２１０へ流れ、排気口２０４から本体ケース１０外へ排出される。
【００２８】
［吸熱管２１について］
図３に示すように、ケーシング２０内に収容される吸熱管２１は、ステンレスやチタンなどの金属で形成されたコルゲート管（山部と谷部とが軸線方向に交互に連続する断面波形状の管体）を蛇行状に曲成したものであり、その両端部は、ケーシング２０の側壁２００の内側に形成される短筒状の連通筒２０１，２０１に挿通されている。尚、該吸熱管２１は、容易に変形しないようにその全体を比較的高い剛性の材料で形成されている。
【００２９】
また、図４に示すように、吸熱管２１の端部近傍の円筒部２１１の一部は、ケーシング２０の側壁２００の外側へ突出する状態で前記連通筒２０１に挿通されている。
【００３０】
前記円筒部２１１には、側壁２００から外側に突出する部位の外周および、連通筒２０１のケーシング２０内側の開口部２０１ｈに位置する外周に、それぞれ第１環状凸部２１１ａおよび第２環状凸部２１１ｂが形成されており、該第１環状凸部２１１ａと第２環状凸部２１１ｂとの間に、第３環状凸部２１１ｃが形成されている。
【００３１】
さらに、第２環状凸部２１１ｂと第３環状凸部２１１ｃとの間には、連通筒２０１の内周面と円筒部２１１の外周面とを気密状態にシールする第２環状シール部材２１ｂが環装されている。
【００３２】
［接続ユニット２２Ａ，２２Ｂについて］
前記接続ユニット２２Ａ，２２Ｂには、側壁２００の外面に当接される複数の取付片２２０が形成されており、該取付片２２０と側壁２００とが固定部材たる固定ねじＮで固定されている。
【００３３】
また、接続ユニット２２Ａ，２２Ｂ内には、導入・導出管１５，１６と吸熱管２１の円筒部２１１とを連通させる接続通路２２１が形成されており、側壁２００側の接続通路２２１の端部には、円筒部２１１より大径の差込口２２２が形成されている。該差込口２２２には、円筒部２１１と差込口２２２との連結部分の電食を防止する絶縁リング２７と、円筒部２１１が径方向へがたつくのを防止するための固定リング２８と、絶縁リング２７と固定リング２８との間に設けられ且つ円筒部２１１と差込口２２２とを気密状態にシールする第１環状シール部材２１ａとが内挿されている。そして、これら第１環状シール部材２１ａ等の内側に、円筒部２１１の突出部が挿入されている。該円筒部２１１の端面には、絶縁リング２７の内周に形成されるフランジ２７１が圧接している。
【００３４】
［吸熱管２１と側壁２００との連結構造について］
第１環状凸部２１１ａと側壁２００との間隙には、Ｕ字板状の留め具２５が嵌挿されており、吸熱管２１がケーシング２０の内側方向へ抜け出すのを阻止している。
【００３５】
また、連通筒２０１の外周部には、一端側が側壁２００の内面に固着され、他端側が連通筒２０１の内側開口部２０１ｈからその中心方向に突設される係合部２６ｈを有する係合部材２６が設けられており、これにより、前記係合部２６ｈが第２環状凸部２１１ｂに係合するように構成されている。これにより、吸熱管２１はケーシング２０の内側方向へ抜け止め状態に保持される。
【００３６】
尚、前記係合部材２６は、ステンレスやチタンなどの金属板で形成された弾性部材であり、係合部２６ｈは、内側開口部２０１ｈの外周方向へ若干傾動させることができる。
【００３７】
［管路連結手順について］
次に、導入・導出管１５，１６が連結された接続ユニット２２Ａ，２２Ｂと吸熱管２１との連結作業手順を説明する（図５参照）。
まず、係合部材２６の係合部２６ｈが円筒部２１１の第２環状凸部２１１ｂに係合されるまで、吸熱管２１の円筒部２１１を側壁２００の連通筒２０１の内側開口部２０１ｈからその奥へ挿入する。これにより、吸熱管２１は、円筒部２１１の端部が側壁２００の外側に突出した状態でケーシング２０に仮止めされる。このとき、連通筒２０１の内周面と円筒部２１１の外周面との間隙は、第２環状凸部２１１ｂと第３環状凸部２１１ｃとの間に環装された第２環状シール部材２１ｂによって気密状態にシールされる。
【００３８】
そして、ケーシング２０の外側から、円筒部２１１の突出部に形成された第１環状凸部２１１ａと側壁２００との間隙に前記留め具２５を嵌挿させて、吸熱管２１をケーシング２０の内側方向へ抜け止め状態に保持する。このとき、第３環状凸部２１１ｃと留め具２５との間は若干の間隙を有しており、吸熱管２１はケーシング２０の外側方向へ若干摺動するように保持されている。
【００３９】
次に、接続ユニット２２Ａ，２２Ｂを側壁２００に取り付ける手順を説明する。
まず、前記円筒部２１１の突出部が接続ユニット２２Ａ，２２Ｂ内の接続通路２２１端部の差込口２２２に差し込まれるように、接続ユニット２２Ａ，２２Ｂを側壁２００に取り付ける。
【００４０】
そして、接続ユニット２２Ａ，２２Ｂに形成された取付片２２０，２２０を固定ねじＮ，Ｎで側壁２００に固定すれば、接続ユニット２２Ａ，２２Ｂが側壁２００に固定されるとともに、円筒部２１１の端面が絶縁リング２７のフランジ２７１に圧接され、吸熱管２１がケーシング２０の内側方向へ若干押圧された状態で保持される。また、差込口２２２に内挿された第１環状シール部材２１ａによって、円筒部２１１の外周面と差込口２２２の内周面との間隙が気密状態にシールされる。
これにより、接続ユニット２２Ａ，２２Ｂに連結された導入・導出管１５，１６と吸熱管２１とが連通接続される。
【００４１】
以上のように、上記熱交換器２によれば、既述従来のものと相違し、溶接やろう付け等の熟練技術が不要となり、熱交換器全体の組立工程を簡略化することができるから、熱交換器の組立作業性が向上する。
【００４２】
また、吸熱管２１は、連通筒２０１内に挿通されるとともに、ケーシング２００の外壁に固定された接続ユニット２２Ａ，２２Ｂの差込口２２２に挿通されており、これら連通筒２０１と差込口２２２の二つの支持部で支持されている。従って、吸熱管２１内の被加熱流体の重量やウォーターハンマー現象の衝撃等による過大な変形応力が、吸熱管２１と連通筒２０１との接合部に集中的に加わることなく、吸熱管２１と差込口２２２との接合部にも分散される。
【００４３】
これにより、吸熱管２１と連通筒２０１との接合部の破損や亀裂等の発生を抑制することができるから、管路連結部の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱交換器を組み込んだコンデンシング給湯器の概念図
【図２】本発明の実施の形態に係る熱交換器の側面図
【図３】本発明の実施の形態に係る熱交換器の横断面図
【図４】図２に示すＸ−Ｘ断面図
【図５】図４の分解図
【図６】従来例の説明図
【図７】従来例の管路連結部の断面図
【符号の説明】
２・・・副熱交換器
１５・・・導入管
１６・・・導出管
２０・・・ケーシング
２１・・・吸熱管
２２Ａ，２２Ｂ・・・接続ユニット
２０１・・・連通筒
２２１・・・接続通路
２２２・・・差込口
２１ａ・・・第１環状シール部材
２１ｂ・・・第２環状シール部材
【図１】
2004271109.tif 000003
【図２】
2004271109.tif 000004
【図３】
2004271109.tif 000005
【図４】
2004271109.tif 000006
【図５】
2004271109.tif 000007
【図６】
2004271109.tif 000008
【図７】
2004271109.tif 000009