JP2013130348A - 潜熱熱交換器、及び給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音や変形の生じ難い潜熱熱交換器および給湯装置を提供すること。
【解決手段】ケーシング２は、略矩形箱状のケース本体１０とケース本体１０に対してその上面の開口部１６を覆うように取り付けられる天板４０とを有し、吸熱管５０は、ケース本体１０の両側壁１４，１５へ向かって延びる直管部５１と略半円弧状に曲成された折り返し部５２とを繰り返し連続させた配管構造を有し、その上流側および下流側の両管端部５３，５４が一方側壁１４に支持固定され、且つ、各吸熱管５０の少なくとも折り返し部５２が相互に接触した状態で上下に重なり合うよう配設され、ケース本体１０の底壁１３には、最下位に配設された吸熱管５０の折り返し部５２を下方から当接支持する支持凸部１３１，１３２が設けられ、天板４０には、最上位に配設された吸熱管５０の折り返し部５２に上方から各別に押圧当接する弾性押さえ部材１８１，１８２が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼排気中の水蒸気を凝縮させて潜熱を回収する潜熱熱交換器、及び該潜熱熱交換器を備えた給湯装置に関する。

従来、器具本体内に顕熱熱交換器と潜熱熱交換器とを備えた、所謂、コンデンシング型の給湯装置が知られている。この種の給湯装置においては、顕熱熱交換器により燃焼排気の顕熱が回収された後、さらに潜熱熱交換器により燃焼排気の潜熱が回収される。

上記給湯装置に組み込まれる潜熱熱交換器としては、小型化や高熱効率化を実現するため、ケーシングの側壁へ向かって延びる直管部と円弧状の折り返し部とを繰り返し連続させた配管構造の吸熱管を複数重ね合わせて配設し、これら各吸熱管をケーシングの一方の側面に設けたヘッダを介して一括して外部配管へ接続するように構成されたものが知られている。

ところが、このものでは、吸熱管がケーシングの一方の側壁に片持ち状に支持されているため、運転時にケーシング内へ導入される燃焼排気の流れやウォーターハンマー現象等による負荷がかかった際にそれら各吸熱管が振動しやすく、騒音や変形等の不具合を引き起こす虞がある。

そこで、従来の潜熱熱交換器では、複数重なり合う吸熱管をコの字状のクランプ部材で上下から一まとめに挟みつけるようにして固定したり、或いは、それら各吸熱管の間に蛇行曲成された線材を挟み込んだりすることで、上記振動の抑制を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。

特開２００６−３４３０９０号公報 特開２００８−１５１４７４号公報

しかしながら、上記従来の潜熱熱交換器では、組み立ての際、先にクランプ部材や線材等の固定部材を吸熱管へ取り付け、その状態で吸熱管とケーシングとのロウ付け処理を行う必要があり、このロウ付け時の高温の熱に晒されて固定部材が変形する虞がある。そして、固定部材が熱変形すれば、吸熱管相互間や吸熱管と固定部材との間の重なり部分に不要な隙間ができ、運転時の各吸熱管の振動を十分に抑制できなくなる問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、小型化および高熱効率化が求められる潜熱熱交換器において、騒音や変形等の発生し難い潜熱熱交換器、およびその潜熱熱交換器を備えた給湯装置を提供することにある。

本発明は、内部が燃焼排気の通路となるケーシングと、前記ケーシング内に収容される複数の吸熱管と、前記吸熱管へ被加熱流体を導入する流入ヘッダと、前記吸熱管から被加熱流体を導出する流出ヘッダとを備えた潜熱熱交換器であって、
前記ケーシングは、上面が開口する略矩形箱状のケース本体と、前記ケース本体に対してその上面の開口部を覆うように取り付けられる天板とを有し、
前記吸熱管は、前記ケース本体の両側壁へ向かって延びる直管部と、略半円弧状に曲成された折り返し部とを繰り返し連続させた配管構造を有し、上流側および下流側の両管端部が前記一方側壁に支持固定され、且つ、各吸熱管の少なくとも前記折り返し部が相互に接触した状態で上下に重なり合うように配設され、
前記ケース本体の底壁には、ケーシング内の最下位に配設された吸熱管の前記折り返し部を下方から当接支持する支持凸部が設けられ、
前記天板には、ケーシング内の最上位に配設された吸熱管の前記折り返し部に上方から各別に押圧当接する弾性押さえ部材が設けられたものである。

このものでは、ケース本体の一方側壁に支持された複数の吸熱管を、ケース本体の底壁に設けられた支持凸部と、天板に設けられた弾性押さえ部材とで上下から挟みつけて固定するように構成されているから、各吸熱管が安定して固定される。また、組み立ての際には、先に各吸熱管とケース本体とのロウ付け処理を行い、その後、天板をケース本体の上面に取り付ければ各吸熱管が固定されるから、弾性押さえ部材が上記ロウ付け処理の熱に晒されて変形する虞もない。

従って、天板をケース本体に取り付ける前段階において、組み立て精度のばらつきやロウ付け処理後の各部品の熱変形によって、吸熱管相互間や吸熱管と支持凸部との間の重なり部分に不要な隙間が生じていたとしても、天板をケース本体へ取り付けた段階で、吸熱管の折り返し部が弾性押さえ部材によって支持凸部側へ押し下げられるから、各吸熱管が安定して固定される。これにより、吸熱管相互間や吸熱管と支持凸部との間、吸熱管と弾性押さえ部材との間の重なり部分に不要な隙間が生じ難く、運転時の吸熱管の振動を確実に防止できる。

また、このものでは、接触状態で重なり合う各吸熱管相互の折り返し部を、弾性押さえ部材と支持凸部とで挟みつけるようにして固定するから、各吸熱管がより安定して固定される。これにより、上記不要な隙間が一層生じ難く、吸熱管の振動をより確実に防止できる。

さらに、このものでは、弾性押さえ部材によって吸熱管の各折り返し部を支持凸部側へ個々に押し下げるようにして固定するから、組み立て精度のばらつきや吸熱管自体の寸法のばらつき、ロウ付け処理後の各部品の熱変形のばらつきが大きい場合であっても、各吸熱管が安定して固定される。これにより、上記不要な隙間が一層生じ難く、吸熱管の振動をより確実に防止できる。

上記潜熱熱交換器において、前記弾性押さえ部材は、上部が天板の下面に固定され、下部がケーシング内の最上位に配設された吸熱管の前記折り返し部に対して上方から弾性を持って当接するように形成された板バネであるのが望ましい。

このものでは、接触状態で重なり合う各吸熱管の折り返し部相互が、板バネの適切な弾性力によってその重なり合う方向へ押し付けられるから、組み立て精度のばらつきや吸熱管自体の寸法のばらつき、ロウ付け処理後の各部品の熱変形のばらつきにかかわらず、各吸熱管がより安定して固定される。これにより、上記不要な隙間が一層生じ難く、吸熱管の振動をより確実に防止できる。

以上のように、本発明によれば、運転時の吸熱管の振動を確実に防止できるから、騒音や変形等の発生し難い潜熱熱交換器および給湯装置を提供できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の分解斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の吸熱管の斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の折り返し部の縦断面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の第１パイプ押さえ（弾性押さえ部材）部分の側面視縦断面図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の第２パイプ押さえ（弾性押さえ部材）部分の背面視縦断面図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の第１パイプ押さえ（弾性押さえ部材）周辺の斜視図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の第２パイプ押さえ（弾性押さえ部材）周辺の斜視図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器を備えた給湯装置の概略構成図である。

次に、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器、およびその潜熱熱交換器を備えた給湯装置について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。

図１および図２に示すように、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器１のケーシング２は、上面が開口する略矩形箱状のケース本体１０と、その上面の開口部１６を覆うように被蓋する天板４０とを有しており、これらケース本体１０と天板４０とで囲まれたケーシング２の内部空間には、蛇行曲成された複数（ここでは、８本）の吸熱管５０が上下に重なり合った状態で収容されている。

ケース本体１０は、ステンレス等の耐腐食性を有する一枚の薄肉金属板を絞り加工することによって一体形成されたものであり、背面壁１１、正面壁１２、底壁１３、一方側壁１４および他方側壁１５を有している。詳述すると、一定方向に延びた平板状の底壁１３の前後両側縁部から背面壁１１および正面壁１２が起立し、これら前後壁１１，１２がコーナ部を介して底壁１３と一体に繋がっている。また、底壁１３の左右両側縁部から一方側壁１４および他方側壁１５が起立し、これら左右側壁１４，１５がコーナ部を介して底壁１３と一体に繋がっている。さらに、背面壁１１および正面壁１２の左右両側縁部は、それぞれコーナ部を介して一方側壁１４および他方側壁１５と一体に繋がっている。これにより、ケース本体１０には、背面壁１１、正面壁１２、底壁１３、一方側壁１４および他方側壁１５で囲まれた略矩形状の開口部１６を有する内部空間が形成される。

背面壁１１、正面壁１２、一方側壁１４および他方側壁１５からなる周壁１１，１２，１４，１５の上端縁、即ち、上記開口部１６の周縁には、その周縁からさらに外方へ広がるように水平に屈曲する天板載置部１０１が形成されている。この天板載置部１０１は、ケース本体１０の上面全周に亘って一体形成されており、この上面に天板４０が載置され、ねじ留め接合される。

因みに、本明細書では、便宜上、背面壁１１と正面壁１２とが対向する方向を前後方向、一方側壁１４と他方側壁１５とが対向する方向を左右方向、底壁１３と天板４０とが対向する方向を上下方向というが、これらの方向は、給湯装置に対する潜熱熱交換器１の取り付け態様によって、実際の方向と異なる場合がある。

上述したように、ケース本体１０を絞り加工によって一体形成すれば、ケース本体１０の製造にあたって溶接作業やロウ付け作業を行う必要がない。また、ケース本体１０に溶接やロウ付け等の接合部があると、潜熱熱交換器１によって潜熱を回収する際に生成される強酸性のドレンがその接合部の隙間に浸入し、金属板であるケース本体１０の腐食が進行しやすいという問題があるが、本実施の形態におけるケース本体１０の下部には、溶接やロウ付けによる接合部がないから、ケーシング２内で強酸性のドレンが発生しても、その下部にドレンが滞留し難く、ケース本体１０の腐食が抑えられる。さらに、上記周壁１１，１２，１４，１５や天板載置部１０１を絞り加工により一体で形成するから、少ない部品点数で簡易にケーシング２を製造することも可能である。尚、ケース本体１０は、絞り加工によって一体形成する必要はなく、別部材を組み合わせて溶接やロウ付けにより接合形成したものであって良い。

一方側壁１４の前後方向の両側端部（背面壁１１側および正面壁１２側の端部）にはそれぞれ、吸熱管５０の上流側の管端部５３を挿通させる上流端挿通孔１４１と、吸熱管５０の下流側の管端部５４を挿通させる下流端挿通孔１４２とが、吸熱管５０の数（ここでは、各８つ）だけバーリング加工により穿設されている。これら上流端挿通孔１４１および下流端挿通孔１４２はそれぞれ、縦二列で且つ千鳥状に配列されている。尚、上流端挿通孔１４１および下流端挿通孔１４２の数や配列は、吸熱管５０の数に応じて適宜設定される。

吸熱管５０の両管端部５３，５４は、対応する各挿通孔１４１，１４２を通ってケース本体１０の外部に導出され、この状態で各挿通孔１４１，１４２の周縁にロウ付け固定される。さらに、各挿通孔１４１，１４２からケース本体１０の外部に導出される上流側の管端部５３および下流側の管端部５４はそれぞれ、一方側壁１１の外部に配設された流入ヘッダ６０および流出ヘッダ７０に接続される。このようにして、流入ヘッダ６０および流出ヘッダ７０には、複数の吸熱管５０が並列接続されており、これにより、吸熱管５０が直列接続されたものに比べて通水抵抗の軽減が図られる。

流入ヘッダ６０および流出ヘッダ７０はそれぞれ、器状のヘッダ本体６１，７１と、ヘッダ本体６１，７１に内嵌する器状のヘッダ蓋体６４，７４とを有している。これらヘッダ本体６１，７１とヘッダ蓋体６４，７４とは、その開口側の面を相互に重ね合わせた態様でロウ付け接合される。また、ヘッダ本体６１，７１の底板部６２，７２には、吸熱管５０の管端部５３，５４を挿通させる吸熱管接続孔１６０，１７０が、吸熱管５０の数（ここでは、各８つ）だけ穿設されている。

さらに、流入ヘッダ６０側のヘッダ蓋体６４の底板部６５には、流入ヘッダ６０の内外を繋ぐ流入口１６４がバーリング加工により穿設されており、流出ヘッダ７０側のヘッダ蓋体７４の底板部７５には、流出ヘッダ７０の内外を繋ぐ流出口１７４がバーリング加工により穿設されている。これら流入口１６４および流出口１７４にはそれぞれ、水道配管等の水供給源へ繋がる給水管を接続するためのジョイント筒６８、顕熱熱交換器の入水側接続口へ繋がる接続管を接続するためのジョイント筒７８が装着されている。これにより、流入ヘッダ６０側へ供給された被加熱流体が複数の吸熱管５０を介して流出ヘッダ７０側へ流れ、燃焼排気中の水蒸気が吸熱管５０の表面で凝縮する際にその潜熱が回収される。

図２および図３に示すように、吸熱管５０は、ステンレス等の耐腐食性を有する金属からなる一本の断面円形状のコルゲート管（谷部と山部とが軸線方向へ交互に連続する蛇腹状の管）で形成されており、ケース本体１０の左右方向（一方側壁１４と他方側壁１５との間）に延びる直管部５１と、直管部５１の一端から半円弧状に曲がる折り返し部５２とが同一平面状で繰り返し連続する蛇行配管構造を有している（但し、図１や図２等においては、直管部５１の一部のみを蛇腹状に表している）。

直管部５１は、ケース本体１０の前後方向に等間隔で複数（ここでは、６本）並設されており、そのケーシング２内の最後列（背面壁１１側）に配設された各直管部５１の一方側壁１４側の管端部（吸熱管５０の上流側の管端部）５３が、ケース本体１０の上流端挿通孔１４１に挿通支持され、ケーシング２内の最前列（正面壁１２側）に配設された各直管部５１の一方側壁１４側の管端部（吸熱管５０の下流側の管端部）５４が、ケース本体１０の下流端挿通孔１４２に挿通支持される。

折り返し部５２は、隣り合う直管部５１の一端相互を繋ぐように複数（ここでは、５箇所）設けられており、上下に圧縮変形されて断面扁平状に形成されている（図４参照）。

また、図２および図５に示すように、各吸熱管５０の折り返し部５２相互は、ケース本体１０の前後方向へ半ピッチずつ交互にずれた態様で当接している。即ち、吸熱管５０は、その上から奇数番目の吸熱管５０に対して偶数番目の吸熱管５０が排気出口１２１側（燃焼排気の排気方向）へ半ピッチずれた位置で重なり合っている。これにより、重なり合う方向に隣接する吸熱管５０相互の距離が狭くなり、ケーシング２内に吸熱管５０を密に配設できる。その結果、潜熱熱交換器１の小型化を図ることが可能であるとともに、燃焼排気を吸熱管５０により効率的に接触させることが可能である。尚、直管部５１と一方向に折り曲げられた円弧状の折り返し部５２とが連続する吸熱管５０を複数用い、これらの吸熱管５０をケーシング２内へ螺旋状に配置したものであっても良い。

図２に示したように、一方側壁１４の前後方向の中央部（上流端挿通孔１４１と下流端挿通孔１４２との間）には、ケース本体１０の外方へ向かって膨出する第１膨出部１４５が絞り加工により形成されている。この第１膨出部１４５は、前後方向の各コーナ部から一定距離離れた位置に形成された段差部とその段差部相互を繋ぐ曲面部とからなり、上流端挿通孔１４１および下流端挿通孔１４２が形成された一方側壁１４の前後方向の両側端部より外方へ膨出している。従って、その膨出分だけケーシング２の内容積も大きくなっており、それに応じてケーシング２内に収容される吸熱管５０の長さも長くすることが可能である。また、一方側壁１４の中央部に第１膨出部１４５を一体形成したことで、ケーシング２全体の強度向上にも寄与している。

他方側壁１５の前後方向の中央部には、ケース本体１０の外方へ向かって膨出する第２膨出部１５５が絞り加工により形成されている。この第２膨出部１５５は、前後方向の各コーナ部から一定距離離れた位置に形成された段差部とその段差部相互を繋ぐ曲面部とからなり、他方側壁１５の前後方向の両側端部より外方へ膨出している。このように他方側壁１５の中央部に第２膨出部１５５を一体形成したことで、ケーシング２全体の強度がより向上する。

ところで、本実施の形態では、ケース本体１０を絞り加工によって一体形成しているため、吸熱管５０をケース本体１０へ取り付けるにあたっては、吸熱管５０の両管端部５３，５４をケース本体１０の内側から各挿通孔１４１，１４２へ差し込み、流入ヘッダ６０および流出ヘッダ７０に接続させる必要がある。そのため、吸熱管５０をケース本体１０へ取り付けた状態において、その吸熱管５０の他方側壁１５側の折り返し部５２と他方側壁１５との間には、吸熱管５０を差し込むために要する一定の大きさの余裕空間が確保されている。しかしながら、このような余裕空間があると、排気入口４０１からケーシング２内へ導入される燃焼排気が排気抵抗の少ないこの余裕空間へ流れてしまって吸熱管５０に効率的に接触せず、熱効率が低下する虞がある。このような事情を考慮し、本実施の形態では、他方側壁１５と吸熱管５０の他方側壁１５側の折り返し部５２との間に、好ましくは、上記余裕空間への燃焼排気の流れを遮る整流板４５が設けられる。この整流板４５により、燃焼排気が吸熱管５０側に流れて吸熱管５０と接触しやすくなり、熱効率を高めることができる。

背面壁１１には、ケース本体１０の外方へ向かって膨出する上方視略円弧状の第３膨出部１１５が絞り加工により形成されている。この第３膨出部１１５は、左右方向の各コーナ部から中央部の外方へ向かって湾曲するように形成されており、このように構成したことで、絞り加工に伴う背面壁１１の内方への反りを低減できるから、背面壁１１と吸熱管５０との間に、燃焼排気が円滑に流通するのに必要な空間を確保することが可能であるとともに、ケーシング２全体の強度向上にも寄与している。

図２および図５に示すように、底壁１３は、ケーシング２内で発生したドレンを外部へ円滑に排出させるため、背面壁１１側から正面壁１２側へ向かって上方に傾斜しており、その傾斜面の最下位には、ドレンをケーシング２の外部へ排出するためのドレン排水口１７が設けられている。このドレン排水口１７は、図示しないドレン排水管を介して外部の中和器と接続される。

底壁１３の左右方向の一方側端部（一方側壁１４側の端部）には、ケース本体１０の内方へ向かって膨出する第１支持凸部１３１が絞り加工により形成されている。この第１支持凸部１３１は、ケーシング２内の最下位に配設された吸熱管５０の管端部５３，５４側の折り返し部（一方側壁１４側の下段折り返し部）５２１を下方から当接支持可能な位置まで膨出しており、その上面は、上流端挿通孔１４１と下流端挿通孔１４２との間に亘って平面状に形成されている。

図２および図６に示すように、底壁１３の左右方向の他方側端部（他方側壁１５側の端部）には、ケース本体１０の内方へ向かって膨出する第２支持凸部１３２が絞り加工により形成されている。この第２支持凸部１３２は、ケーシング２内の最下位に配設された吸熱管５０の管端部５３，５４と反対側の折り返し部（他方側壁１５側の下段折り返し部）５２２を下方から当接支持可能な位置まで膨出しており、その上面は、背面壁１１と正面壁１２との間に亘って平面状に形成されている。

図２に示したように、底壁１３の左右方向の略中央部には、ケース本体１０の内方へ向かって膨出する第３支持凸部１３３が絞り加工により形成されている。この第３支持凸部１３３は、ケーシング２内の最下位に配設された吸熱管５０の直管部（下段直管部）５１を下方から当接支持可能な位置まで膨出しており、背面壁１１と正面壁１２とが対向する前後方向へ一定幅で直線的に延びるリブ状に形成されている。

また、第３支持凸部１３３は、一端が底壁１３の前方向のコーナ部に位置し、他端が底壁１３の後方向のコーナ部から一定距離離れた位置となるよう延設されており、ケーシング２全体の強度向上にも寄与している。

正面壁１２の上下左右方向の略中央部には、ケーシング２の内部空間へ導入された燃焼排気をケーシング２の外部へ導出するための排気出口１２１が形成されている。この排気出口１２１は、正面壁１２の左右方向へ長い矩形状に開口している。尚、排気出口１２１は天板４０に設けても良く、その開設位置および形状は、使用形態に合わせて適宜設定される。

図１、図２および図５に示すように、天板４０は、ステンレス等の耐腐食性を有する一枚の薄肉金属板を絞り加工することによって一体形成されたものであり、略平板状の天板本体部４１と、天板本体部４１の外周縁から上方に屈曲する起立部４２と、起立部４２の上端から外方へ広がるように水平に屈曲するフランジ部４３と、フランジ部４３の外周縁から下方に屈曲する垂下部４４とを有している。

天板本体部４１の前後方向の中央部より背面壁１１側は、フランジ部４３へ向かって上方に傾斜している。また、その傾斜面の前後左右方向の略中央部には、給湯装置の器具本体側から供給される燃焼排気をケーシング２の内部空間へ導入するための排気入口４０１がバーリング加工により形成されている。この排気入口４０１は、天板本体部４１の左右方向へ長い矩形状に開口している。従って、ケース本体１０と天板４０とを接合した状態において、ケーシング２の内部空間は、上記排気入口４０１と排気出口１２１とを連通する燃焼排気の通路となる。尚、排気入口４０１は背面壁１１に設けても良く、その開設位置および形状は、使用形態に合わせて適宜設定される。

天板本体部４１の外周の起立部４２は、ケース本体１０の開口部１６の内周縁に内嵌する大きさに形成されており、フランジ部４３の外周の垂下部４４は、ケース本体１０の天板載置部１０１の外周縁に外嵌する大きさに形成されている。また、フランジ部４３とケース本体１０の天板載置部１０１との間には、耐熱・耐腐食性を有する弾性樹脂によって形成された帯状のパッキング材４６が狭設され、このパッキング材４６によってフランジ部４３とケース本体１０の天板載置部１０１との間の気密性が確保される。尚、パッキング材４６は、フランジ部４３とケース本体１０の天板載置部１０１との間の気密性を保持可能で且つ耐熱・耐腐食性を有するものであれば、樹脂以外の材質を用いて形成したものであっても良い。

図２、図５および図７に示すように、天板本体部４１の下面で且つ前後方向の中央部の一方側端部（一方側壁１４側の端部）には、ケーシング２内の最上位に配設された吸熱管５０の管端部５３，５４側の折り返し部（一方側壁１４側の上段折り返し部）５２３に上方から押圧当接する弾性押さえ部材としての第１パイプ押さえ１８１が配設されている。この第１パイプ押さえ１８１は、ステンレス等の耐腐食性を有する一枚の薄肉金属板によって形成された板バネであり、上下方向に所定の弾性を有している。

第１パイプ押さえ１８１は、矩形状の平板を略逆Ｖ字状に屈曲形成したものであり、その中央上部１８３は、天板４０の左右方向へ長い平面状に形成され、天板本体部４１の下面に固定されている。また、中央上部１８３の前後方向の両側端（背面壁１１側および正面壁１２側の端部）にはそれぞれ、その外側下方へ所定の角度で屈曲する弾性片１８４が設けられており、この弾性片１８４の下端部１８５が吸熱管５０の一方側壁１４側の上段折り返し部５２３の上面へ各別に押圧当接する。

弾性片１８４は、ケース本体１０と天板４０とを接合した際に、その下端部１８５が吸熱管５０の一方側壁１４側の上段折り返し部５２３に当接した状態でさらに上方へ押し曲げられるような位置まで屈曲形成されており、この弾性片１８４の反発力によって吸熱管５０の一方側壁１４側の上段折り返し部５２３が下方の第１支持凸部１３１側へ各別に押圧される。これにより、吸熱管５０の一方側壁１４側の下段折り返し部５２１はそれぞれ、底壁１３の第１支持凸部１３１の上面へ押し付けられる。尚、第１パイプ押さえ１８１は、吸熱管５０の一方側壁１４側の上段折り返し部５２３に対して上方から各別に押圧当接する構成であれば、後述する第２パイプ押さえ１８２と同様の構成にしても良いし、耐熱・耐腐食性ゴムを用いて形成したものであっても良い。

図２、図６および図８に示すように、天板本体部４１の下面で且つ前後方向の中央部の他方側端部（他方側壁１５側の端部）には、ケーシング２内の最上位に配設された吸熱管５０の管端部５３，５４と反対側の折り返し部（他方側壁１５側の上段折り返し部）５２４を上方から押圧当接する弾性押さえ部材としての第２パイプ押さえ１８２が配設されている。この第２パイプ押さえ１８２は、ステンレス等の耐腐食性を有する一枚の薄肉金属板によって形成された板バネであり、上下方向に所定の弾性を有している。

第２パイプ押さえ１８２は、その上部に天板４０の前後方向へ長い矩形平板状の固定片１８６を有し、この固定片１８６が天板本体部４１の下面に固定されている。また、固定片１８６の一側端（天板４０の中央側の端部）には、その外側下方へ所定の角度で屈曲する複数（ここでは、３つ）の弾性片１８７が設けられており、この弾性片１８７の下端部１８８が吸熱管５０の他方側壁１５側の上段折り返し部５２４の上面へ各別に押圧当接する。尚、第２パイプ押さえ１８２の弾性片１８７の数は、吸熱管５０の他方側壁１５側の上段折り返し部５２４の数に応じて適宜設定される。

弾性片１８７は、ケース本体１０と天板４０とを接合した際に、その下端部１８８が吸熱管５０の他方側壁１５側の上段折り返し部５２４に当接した状態でさらに上方へ押し曲げられるような位置まで屈曲形成されており、この弾性片１８７の反発力によって吸熱管５０の他方側壁１５側の上段折り返し部５２４が下方の第２支持凸部１３２側へ各別に押圧される。これにより、吸熱管５０の他方側壁１５側の下段折り返し部５２２がそれぞれ、底壁１３の第２支持凸部１３２の上面へ押し付けられる。尚、第２パイプ押さえ１８２は、吸熱管５０の他方側壁１５側の上段折り返し部５２４に対して上方から各別に押圧当接する構成であれば、上述した第１パイプ押さえ１８１と同様の構成にしても良いし、耐熱・耐腐食性ゴムを用いて形成したものであっても良い。

次に、本実施の形態における潜熱熱交換器の作製方法の一例について、図２を参照しながら具体的に説明する。

上記潜熱熱交換器１の作製にあたっては、まず、ケース本体１０の一方側壁１４の上流端挿通孔１４１および下流端挿通孔１４２に、複数の吸熱管５０の両管端部５３，５４をそれぞれ挿通させ、一方側壁１４から両管端部５３，５４を所定長さ導出させる。このとき、吸熱管５０は、その一方側壁１４側の下段折り返し部５２１の下面が底壁１３の第１支持凸部１３１の上面に当接し、他方側壁１５側の下段折り返し部５２２の下面が底壁１３の第２支持凸部１３２の上面に当接し、下段直管部５１の下面が底壁１３の第３支持凸部１３３の上面に当接した状態で、ケース本体１０内に配置される。

吸熱管５０の両管端部５３，５４と上流端挿通孔１４１および下流端挿通孔１４２との境界には、ロウ材（例えば、ペースト状のニッケルロウ材）が塗布される。尚、ロウ材は、上流端挿通孔１４１および下流端挿通孔１４２の内面や、ヘッダ本体６１，７１の吸熱管接続孔１６０，１７０の内面に塗布しておいても良い。

また、上記とは別に、ヘッダ蓋体６４，７４の流入口１６４および流出口１７４にジョイント筒６８，７８をはめ込み、その境界にロウ材を塗布してこれらを仮固定し、さらに、そのヘッダ蓋体６４，７４をヘッダ本体６１，７１にはめ込み、その境界にロウ材を塗布する。

そして、上述のようにロウ材が塗布されたサブアセンブリを高温の加熱炉へ投入してロウ付け処理が行われる。その結果、ロウ材の塗布された箇所で各部材がロウ付け固定される。尚、上記ロウ付け処理中、ケース本体１０および吸熱管５０は熱処理（固溶化処理）されるため、深絞り加工によって生じたケース本体１０や折り返し部５２の残留応力が除去される。従って、それらケース本体１０や折り返し部５２の表面に強酸性のドレンが接触しても、応力腐食割れが発生し難い。

次いで、他方側壁１５と吸熱管５０の他方側壁１５側の折り返し部５２との間に、第２膨出部１５５を他方側壁１５の内側から覆うように整流板４５を差し込み、その整流板４５を他方側壁１５の外側からねじ留め接合する。尚、整流板４５と他方側壁１５との接合は、溶接やロウ付け等の他の接合方法を用いても良い。

さらに、天板４０の下面に第１パイプ押さえ１８１および第２パイプ押さえ１８２が溶接にて接合され、フランジ部４３の下面に沿ってパッキング材４６が貼着される。そして、ケース本体１０の天板載置部１０１の上面に天板４０のフランジ部４３がパッキング材４６を介して重なり合うように、ケース本体１０の上部に天板４０を載置し、それら天板載置部１０１とフランジ部４３とをねじ留め接合することで、潜熱熱交換器１が作製される。尚、天板載置部１０１とフランジ部４３との接合は、カシメ等の他の接合方法を用いても良い。

また、天板載置部１０１とフランジ部４３とを接合した際、天板４０の第１パイプ押さえ１８１の下端部１８５が、吸熱管５０の一方側壁１４側の上段折り返し部５２３の上面へ各別に押圧状態で当接し、天板４０の第２パイプ押さえ１８２の下端部１８８が、吸熱管５０の他方側壁１５側の上段折り返し部５２４の上面へ各別に押圧状態で当接する。これにより、各吸熱管５０の一方側壁１４側の折り返し部５２が、第１パイプ押さえ１８１と第１支持凸部１３１とで一まとめに上下から挟みつけられるようにして固定され、他方側壁１５側の折り返し部５２が、第２パイプ押さえ１８２と第２支持凸部１３２とで一まとめに上下から挟みつけられるようにして固定される。

ところで、このようにケース本体１０の一方側壁１４に吸熱管５０の両管端部５３，５４を片持ち状に支持固定させた構成のものでは、吸熱管５０の他方側壁１５側を溶接やロウ付け固定することができないから、吸熱管５０が振動しやすいし、上述したロウ付け処理の熱により吸熱管５０の支持部の変形も生じやすい。それゆえ、たとえ最上位および最下位の吸熱管５０がそれぞれ天板４０および底壁１３に当接するよう構成されていたとしても、これらの重なり部分に不要な隙間ができ、運転時にケーシング２内へ導入される燃焼排気の流れの勢いやウォーターハンマー現象等の影響を受けて吸熱管５０が振動し、騒音や吸熱管５０の変形を招く虞がある。

しかしながら、本実施の形態では、上述したように、複数の吸熱管５０の各折り返し部５２をケース本体１０の底壁１３に設けられた支持凸部１３１，１３２と天板４０に設けられたパイプ押さえ１８１，１８２とで一まとめに上下から挟みつけて固定するように構成されているから、各吸熱管５０がケース本体１０に安定して固定される。また、潜熱熱交換器１を作製する際には、先に各吸熱管５０とケース本体１０とのロウ付け処理を行い、その後、天板４０をケース本体１０の上面に取り付ければ各吸熱管５０が固定されるから、パイプ押さえ１８１，１８２が上記ロウ付け処理の熱に晒されて変形する虞もない。

従って、天板４０をケース本体１０に取り付ける前段階において、組み立て精度のばらつきやロウ付け処理後の各部品の熱変形によって、各吸熱管５０の折り返し部５２相互間や吸熱管５０と支持凸部１３１，１３２との間の重なり部分に不要な隙間が生じていたとしても、天板４０をケース本体１０へ取り付けた段階で、吸熱管５０の折り返し部５２がパイプ押さえ１８１，１８２によって支持凸部１３１，１３２側へ押し下げられるから、各吸熱管５０がケース本体１０に安定して固定される。これにより、吸熱管５０相互間や吸熱管５０と他の部材との間の重なり部分に不要な隙間が生じ難く、運転時の吸熱管５０の振動を確実に防止できる。従って、騒音や変形等が発生し難い。

また、既述従来の潜熱熱交換器のように、吸熱管５０とケース本体１０とのロウ付けを行う前に各吸熱管５０を固定部材で一まとめに固定しておく必要もないから、組み付け作業が煩雑にならないし、潜熱熱交換器１の全体構造も簡素化できる。また、燃焼排気の通路内に吸熱管５０以外の余分な別部材が配置されず、燃焼排気が吸熱管５０へ効率的に接触するから、熱効率も向上する。

特に、本実施の形態では、接触状態で重なり合う各吸熱管５０の折り返し部５２相互が、板バネであるパイプ押さえ１８１，１８２の適切な弾性力によってその重なり合う方向へ押し付けられるから、組み立て精度のばらつきや吸熱管５０自体の寸法のばらつき、ロウ付け処理後の各部品の熱変形のばらつきにかかわらず、各吸熱管５０がより安定して固定される。これにより、上記隙間が一層生じ難く、運転時の吸熱管５０の振動をより確実に防止できる。さらに、断面扁平状に形成された各吸熱管５０の折り返し部５２を上下から挟みつけるようにして固定することで、各吸熱管５０がケース本体１０により安定して固定されるから、吸熱管５０の振動をより確実に防止できる。

また、本実施の形態では、吸熱管５０の各折り返し部５２を、上下方向に所定の弾性を有するパイプ押さえ１８１，１８２によって底壁１３の支持凸部１３１，１３２側へ個々に押し下げるようにして固定するから、組み立て精度のばらつきやロウ付け処理後の各部品の熱変形のばらつきが大きい場合であっても、各吸熱管５０が安定して固定される。これにより、上述した不要な隙間が一層生じ難く、吸熱管５０の振動をより確実に防止できる。

さらに、吸熱管５０が固定支持されるケース本体の一方側壁１４に第１膨出部１４５を設けたことで、ケース本体１０に対して吸熱管５０を傾きの少ない状態で精度良く取り付けることが可能であるから、各吸熱管５０がより安定して固定される。これにより、上述した不要な隙間が一層生じ難く、吸熱管５０の振動をより確実に防止できる。

また、本実施の形態では、ケース本体１０が一枚の金属板で一体形成され、ドレンの影響の少ないケース本体１０上面の開口部１６のみが天板４０で被蓋されるように構成されているため、溶接やロウ付けを行うことなく、ねじ留めによりケース本体１０と天板４０とを接合するだけで、耐腐食性に優れるケーシング２が作製できる。

次に、本実施の形態に係る潜熱熱交換器を備えた給湯装置の一例について、具体的に説明する。

図９に示すように、本実施の形態に係る給湯装置は、顕熱熱交換器３と上述した潜熱熱交換器１とを有しており、顕熱熱交換器３の下部に潜熱熱交換器１が配設されている。また、顕熱熱交換器３の上部には、ガス供給管から供給されるガスを燃焼させるガスバーナ４が配設されており、さらにこのガスバーナ４を覆う缶体４１の側部には、ガスバーナ４へ燃焼用の空気を送る送風ファン５が配設されている。

顕熱熱交換器３は、並設される複数のフィン３３２と、これらフィン３３２を貫通する複数の管体３３１とを有している。また、これらフィン３３２および管体３３１が組み込まれた空間と、潜熱熱交換器１の内部空間とは、既述した天板４０によって上下に区画されているとともに、その天板４０の排気入口４０１を介して連通している。従って、運転時、顕熱熱交換器３内に送られた燃焼排気は、排気入口４０１を介して潜熱熱交換器１内へ導かれ、吸熱管５０の配設されたケーシング２の内部空間を通過した後、排気出口１２１から図示しない排気ダクトを通じて器具本体の外部へ排出される。

本実施の形態に係る給湯装置では、ガスバーナ４によりガスの燃焼排気が生成され、この燃焼排気が上述したように顕熱熱交換器３および潜熱熱交換器１へ順に供給される。そして、顕熱熱交換器３によって燃焼排気の顕熱が回収され、潜熱熱交換器によってさらにその顕熱回収後の燃焼排気から潜熱が回収される。このとき、ガスバーナ４には、送風ファン５により燃焼用の空気が強制的に供給され、上記燃焼排気はこの空気の流れに乗って潜熱熱交換器１まで導かれる。

一方、潜熱熱交換器１に設けられた流入ヘッダ６０のジョイント筒６８には、水道配管等の水供給源へ繋がる給水管が接続され、流入ヘッダ７０のジョイント筒７８には、顕熱熱交換器３の管体３３１の入水側接続口へ繋がる接続管が接続される。従って、給水管から供給される冷水は、潜熱熱交換器１の吸熱管５０および顕熱熱交換器３の管体３３１を順に通過し、その間に潜熱および顕熱を吸収して温水となり、管体３３１の出水側接続口に接続されている出湯管から浴室や台所などの給湯端末へ送出される。

既述したように、本実施の形態では、ケース本体１０の底壁１３の支持凸部１３１，１３２と天板４０のパイプ押さえ１８１，１８２とによって、吸熱管５０がケース本体１０に対して安定して固定されるため、吸熱管５０相互間や吸熱管５０と他の部材との間の重なり部分に不要な隙間が生じ難い。これにより、運転時の吸熱管５０の振動が確実に防止され、騒音や変形等が発生し難い。また、燃焼排気が吸熱管５０へ効率的に接触するから、熱効率も向上する。

［その他］
（１）上記実施の形態では、一つの加熱回路を有する給湯装置に用いられる潜熱熱交換器について説明したが、二つの加熱回路を有する給湯装置に用いられる潜熱熱交換器にも本発明を適用できる。この場合、ケーシングの内部空間を仕切壁によって二つの領域に区画し、両内部空間にはそれぞれ別の吸熱管が収容され、両側壁にはそれぞれ別の流入ヘッダおよび流出ヘッダが設けられる。

具体的には、背面壁、正面壁、底壁、一方側壁および仕切壁で囲まれた第１の内部空間に一方の吸熱管が収容され、この一方の吸熱管の両管端部が一方側壁に支持固定される。また、背面壁、正面壁、底壁、他方側壁および仕切壁で囲まれた第２の内部空間に他方の吸熱管が収容され、この他方の吸熱管の両管端部が他方側壁に支持固定される。そして、それら両吸熱管の管端部にそれぞれ流入ヘッダおよび流出ヘッダが接続される。底壁の一方側端部、他方側端部および仕切壁の左右側面下端部にはそれぞれ、支持凸部が設けられ、天板の下面で且つこれら各支持凸部に上下に対向する位置には、複数のパイプ押さえ（弾性押さえ部材）が配設される。これにより、既述潜熱熱交換器１と同様、運転時の両吸熱管の振動を確実に防止できる。

（２）上記実施の形態では、５箇所に折り返し部５２を設けた吸熱管５０が用いられているため、底壁１３の両側壁１４，１５側の端部上面に支持凸部１３１，１３２が設けられ、また、天板本体部４１の両側壁１４，１５側の端部下面にパイプ押さえ１８１，１８２が設けられたが、１箇所のみに折り返し部を有する吸熱管を用いる場合、一方側壁１４側には折り返し部が設けられていないため、底壁１３の他方側壁１５側の端部上面にのみ支持凸部が設けられ、また、天板本体部４１の他方側壁１５側の端部下面にのみパイプ押さえが設けられる。

１ 潜熱熱交換器
２ ケーシング
１０ ケース本体
１１ 背面壁
１２ 正面壁
１３ 底壁
１４ 一方側壁
１５ 他方側壁
１６ 開口部
４０ 天板
５０ 吸熱管
５１ 直管部
５２ 折り返し部
５３ 上流側の管端部
５４ 下流側の管端部
６０ 流入ヘッダ
７０ 流出ヘッダ
１３１ 第１支持凸部
１３２ 第２支持凸部
１８１ 第１パイプ押さえ（弾性押さえ部材）
１８２ 第２パイプ押さえ（弾性押さえ部材）

Claims (3)

1. 内部が燃焼排気の通路となるケーシングと、前記ケーシング内に収容される複数の吸熱管と、前記吸熱管へ被加熱流体を導入する流入ヘッダと、前記吸熱管から被加熱流体を導出する流出ヘッダとを備えた潜熱熱交換器であって、
   前記ケーシングは、上面が開口する略矩形箱状のケース本体と、前記ケース本体に対してその上面の開口部を覆うように取り付けられる天板とを有し、
   前記吸熱管は、前記ケース本体の両側壁へ向かって延びる直管部と、略半円弧状に曲成された折り返し部とを繰り返し連続させた配管構造を有し、上流側および下流側の両管端部が前記一方側壁に支持固定され、且つ、各吸熱管の少なくとも前記折り返し部が相互に接触した状態で上下に重なり合うように配設され、
   前記ケース本体の底壁には、ケーシング内の最下位に配設された吸熱管の前記折り返し部を下方から当接支持する支持凸部が設けられ、
   前記天板には、ケーシング内の最上位に配設された吸熱管の前記折り返し部に上方から各別に押圧当接する弾性押さえ部材が設けられた、潜熱熱交換器。
2. 請求項１に記載の潜熱熱交換器において、
   前記弾性押さえ部材は、上部が天板の下面に固定され、下部がケーシング内の最上位に配設された吸熱管の前記折り返し部に対して上方から弾性を持って当接するように形成された板バネである、潜熱熱交換器。
3. 請求項１または２に記載の潜熱熱交換器を備えた給湯装置。

Images