特許 6119212 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6119212

(24)【登録日】2017年4月7日

(45)【発行日】2017年4月26日

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/02 20060101AFI20170417BHJP

   F28F 9/02 20060101ALI20170417BHJP

   F24H 1/16 20060101ALI20170417BHJP

【ＦＩ】

   F28D7/02

   F28F9/02 301Z

   F24H1/16 B

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-262967(P2012-262967)

(22)【出願日】2012年11月30日

(65)【公開番号】特開2014-109395(P2014-109395A)

(43)【公開日】2014年6月12日

【審査請求日】2015年10月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004709

【氏名又は名称】株式会社ノーリツ

(74)【代理人】

【識別番号】100120514

【弁理士】

【氏名又は名称】筒井 雅人

(72)【発明者】

【氏名】井口 雅博

(72)【発明者】

【氏名】後藤 一幸

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 秀行

(72)【発明者】

【氏名】山路 啓貴

(72)【発明者】

【氏名】辻 佑太

【審査官】 庭月野 恭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１６２４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５４５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１７０５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００２４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６５６４７９４（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ７／０２，７／１６

Ｆ２８Ｆ ９／００−９／２６

Ｆ２４Ｈ １／１６，９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

螺旋状または蛇行状の主管体部に繋がって所定のｘ方向に延び、かつｘ方向に対して交差するｚ方向に離間した第１および第２の延設管体部をそれぞれ有する複数の伝熱管と、
前記主管体部を位置決め固定させた状態で前記複数の伝熱管を内部に収容するケースと、
このケースの側板部に設けられてｘ方向に膨出しているとともに、前記側板部のｚ方向の中心線を挟んでｚ方向に離間した配置とされ、かつ前記第１および第２の延設管体部を挿入させて接合を図るための複数の貫通孔がｘ，ｚ方向に対して交差するｙ方向に並んで設けられている第１および第２の膨出部と、
これら第１および第２の膨出部の壁部を利用して前記伝熱管の内部に連通するチャンバを形成するように前記側板部に取り付けられたヘッダと、
を備えている、熱交換器であって、
前記第１および第２の膨出部のうち、前記複数の貫通孔が設けられ、かつ前記チャンバに対面している壁部のｚ方向の中心線は、前記第１および第２の延設管体部の中心よりも前記側板部のｚ方向の中心線寄りに偏った配置に設けら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、
前記第１および第２の膨出部は、前記ケースの側壁部の外方に向けて膨出し、前記ヘッダは、前記第１および第２の膨出部に外嵌されて接合されている、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、
前記各伝熱管は、軸長方向が上下方向とされた螺旋状の主管体部を有し、かつ前記第１および第２の延設管体部が前記ケースの横幅方向に延びるとともに上下方向に間隔を隔てた構成とされ、
前記第１および第２の膨出部は、前記側板部の上下方向の中心線を挟んで上下に離間し、かつ前記複数の貫通孔が前記ケースの前後幅方向に間隔を隔てて並んで設けられた構成とされており、
前記第１の膨出部の上下方向の中心線は、前記第１の延設管体部の中心よりも下側であり、前記第２の膨出部の上下方向の中心線は、前記第２の延設管体部の中心よりも上側である、熱交換器。

【請求項4】

請求項１または２に記載の熱交換器であって、
前記複数の伝熱管は、略水平に蛇行した複数の主管体部が上下方向に間隔を隔てて並び、かつ前記第１および第２の延設管体部が前記ケースの横幅方向に延びるとともに前後幅方向に間隔を隔てた構成とされ、
前記第１および第２の膨出部は、前記ケースの前後幅方向の中心線を挟んで前後に離間し、かつ前記複数の貫通孔が上下方向に間隔を隔てて並んで設けられた構成とされており、
前記第１の膨出部の前後幅方向の中心線は、前記第１の延設管体部の中心よりも後側であり、前記第２の膨出部の前後幅方向の中心線は、前記第２の延設管体部の中心よりも前側である、熱交換器。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換器であって、
前記第１および第２の延設管体部と前記複数の貫通孔の周縁部との接合は、前記側板部の外側から行なわれる片側溶接とされ、前記側板部の内面側には、前記第１および第２の延設管体部の外周面を覆うようにして前記伝熱管に一体化した裏ビード部が、前記ケースの内方側に突出するように形成されている、熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、いわゆる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、図７に示すような熱交換器Ａを先に提案している（たとえば、特許文献１を参照）。
この熱交換器Ａは、加熱媒体としての燃焼ガスの給気口８０および排気口８１を形成したケース８内に、複数の伝熱管９を収容している。各伝熱管９は、螺旋状の主管体部９０の上下両端に直管状の一対の延設管体部９１が繋がった構成を有し、主管体部９０は、図示しないスペーサなどを用いてケース８内に固定されている。一方、各延設管体部９１は、ケース８の側板部８２に設けられた貫通孔８３に挿通して接合され、その先端部には、入水用および出湯用のヘッダ７が取り付けられている。このような構成によれば、ケース８内に供給される燃焼ガスから各伝熱管９を利用して熱回収を行ない、各伝熱管９内を流通する湯水を好適に加熱することが可能である。

【0003】

前記した熱交換器Ａにおいては、ヘッダ７が複数の伝熱管９の先端部に連結されているため、ヘッダ７と複数の伝熱管９との複数の嵌合箇所を、止水シール性よく、かつ高強度に接合する作業は煩雑である。製造コストの低減を図る上では、そのようなことを解消することが要望される。

【0004】

このような要望に応えるための手段として、ケース８の側板部８２に膨出部を形成し、この膨出部の形成箇所にヘッダを接合することによって、複数の伝熱管９とヘッダ７とを直接的に接合する必要性をなくすことが考えられる。
しかしながら、前記したような手段を採用する場合には、次のような点にも留意する必要があることが、本発明者の試験により判明した。
この点を図８を参照して説明すると、前記した熱交換器Ａでは、この熱交換器Ａに接続された配管経路においてウォータハンマが発生し、伝熱管９内の圧力がかなり高くなると、矢印Ｎ２０に示すように、延設管体部９１が膨らむように変形する。この変形に伴って発生する力は、ケース８の側板部８２に対して、この側板部８２をケース８の内側方向に撓ませる引張力Ｆ１となる。すると、側板部８２のうち、延設管体部９１よりも側板部８２の外周縁側の部分ｎ１０には、大きな引張応力σ１が発生する。この引張応力σ１は、延設管体部９１と側板部８２との接合部分を剥離させようとする力としても作用するが、このような応力σ１が広い範囲で集中的に生じることは好ましいものではない。
図８においては、側板部８２に膨出部が設けられていない場合を説明したが、側板部８２に膨出部を設けた上で、この膨出部に延設管体部９１を接合した場合には、この膨出部の特定箇所に応力がより集中し易くなり得る。したがって、このような点に十分に配慮する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−１５１４７３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、ウォータハンマなどが生じた場合に、ケースの側板部の特定の広い領域に不当な応力が集中することを適切に
抑制し、耐久性を良好にしつつ、製造の容易化ならびに製造コストの低減化を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】

【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、螺旋状または蛇行状の主管体部に繋がって所定のｘ方向に延び、かつｘ方向に対して交差するｚ方向に離間した第１および第２の延設管体部をそれぞれ有する複数の伝熱管と、前記主管体部を位置決め固定させた状態で前記複数の伝熱管を内部に収容するケースと、このケースの側板部に設けられてｘ方向に膨出しているとともに、前記側板部のｚ方向の中心線を挟んでｚ方向に離間した配置とされ、かつ前記第１および第２の延設管体部を挿入させて接合を図るための複数の貫通孔がｘ，ｚ方向に対して交差するｙ方向に並んで設けられている第１および第２の膨出部と、これら第１および第２の膨出部の壁部を利用して前記伝熱管の内部に連通するチャンバを形成するように前記側板部に取り付けられたヘッダと、を備えている、熱交換器であって、前記第１および第２の膨出部のうち、前記複数の貫通孔が設けられ、かつ前記チャンバに対面している壁部のｚ方向の中心線は、前記第１および第２の延設管体部の中心よりも前記側板部のｚ方向の中心線寄りに偏った配置に設けられていることを特徴としている。

【0009】

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、熱交換器の伝熱管に接続された配管経路にウォータハンマが発生した場合には、第１および第２の延設管体部の変形に基づき、側板部に設けられた膨出部に大きな応力が発生するが、この応力は、第１および第２の延設管体部よりも側板部の縁部側（側板部のｚ方向の中心とは反対側）の領域に、集中的に発生する（詳細は、図５を参照して後述する実施形態を参照）。これに対し、本発明では、膨出部が側板部のｚ方向の中心寄りに偏った配置とされているために、その偏り分だけ、応力が集中的に発生する領域を小領域化することができる。このことにより、膨出部の耐久性を高めることができる。これは、膨出部、ひいては側板部の薄肉化にも繋がり、軽量化や製造コストの低減化に寄与する。
一方、本発明によれば、ヘッダをケースの側板に直接取り付けた構成としているために、複数の伝熱管とヘッダとを接合する煩雑さをなくすことができ、熱交換器の製造コストをより低減することが可能である。

【0010】

本発明において、好ましくは、前記第１および第２の膨出部は、前記ケースの側壁部の外方に向けて膨出し、前記ヘッダは、前記第１および第２の膨出部に外嵌されて接合されている。

【0011】

このような構成によれば、ヘッダの組み付け作業がより容易となる。

【0012】

本発明において、好ましくは、前記各伝熱管は、軸長方向が上下方向とされた螺旋状の主管体部を有し、かつ前記第１および第２の延設管体部が前記ケースの横幅方向に延びるとともに上下方向に間隔を隔てた構成とされ、前記第１および第２の膨出部は、前記側板部の上下方向の中心線を挟んで上下に離間し、かつ前記複数の貫通孔が前記ケースの前後幅方向に間隔を隔てて並んで設けられた構成とされており、前記第１の膨出部の上下方向の中心線は、前記第１の延設管体部の中心よりも下側であり、前記第２の膨出部の上下方向の中心線は、前記第２の延設管体部の中心よりも上側である。

【0013】

このような構成によれば、ウォータハンマの発生時には、第１の膨出部において第１の延設管体部の上側領域に応力が集中し、また第２の膨出部においては第２の延設管体部の下側に大きな応力が集中するのに対し、そのような応力集中領域の小サイズ化が図られる
。したがって、本発明について先に述べたような効果が適切に得られる。

【0014】

本発明において、好ましくは、前記複数の伝熱管は、略水平に蛇行した複数の主管体部が上下方向に間隔を隔てて並び、かつ前記第１および第２の延設管体部が前記ケースの横幅方向に延びるとともに前後幅方向に間隔を隔てた構成とされ、前記第１および第２の膨出部は、前記ケースの前後幅方向の中心線を挟んで前後に離間し、かつ前記複数の貫通孔が上下方向に間隔を隔てて並んで設けられた構成とされており、前記第１の膨出部の前後幅方向の中心線は、前記第１の延設管体部の中心よりも後側であり、前記第２の膨出部の前後幅方向の中心線は、前記第２の延設管体部の中心よりも前側である。

【0015】

このような構成によれば、ウォータハンマの発生時には、第１の膨出部において第１の延設管体部の前側領域に応力が集中し、また第２の膨出部においては第２の延設管体部の後側領域に応力が集中するのに対し、そのような応力集中領域の小サイズ化が図られる。したがって、本発明について先に述べたような効果が適切に得られる。

【0016】

本発明において、好ましくは、前記第１および第２の延設管体部と前記複数の貫通孔の周縁部との接合は、前記側板部の外側から行なわれる片側溶接とされ、前記側板部の内面側には、前記第１および第２の延設管体部の外周面を覆うようにして前記伝熱管に一体化した裏ビード部が、前記ケースの内方側に突出するように形成されている。

【0017】

このような構成によれば、ケースの側板部の外方から溶接を行なうことができるために、側板部の内側において溶接を行なう場合とは異なり、溶接トーチが伝熱管の中央寄り部分やケースと干渉することはなく、溶接作業を容易かつ適切に行なうことができる。したがって、熱交換器の生産性を高め、製造コストをより低減することができる。また、前記裏ビード部が形成されていることによって、溶接強度をかなり高いものとし、耐久性能をより向上させることができる。

【0018】

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】

【0019】

【図1】本発明に係る熱交換器の一例を示す外観斜視図である。

【図2】（ａ）は、図１のIIa−IIa断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のIIb−IIb断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のIIc−IIc断面図である。

【図3】（ａ）は、図２（ｂ）の要部拡大断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のIIIb−IIIb拡大断面図である。

【図4】（ａ）は、図３（ａ）の一部を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す構造を得るための溶接工程を示す断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のIVc−IVc断面図である。

【図5】（ａ），（ｂ）は、図１に示す熱交換器の作用を模式的に示す説明図である。

【図6】本発明に係る熱交換器の他の例を示し、（ａ）は、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。

【図7】従来例を示し、（ａ）は、平面断面図であり、（ｂ）は、その正面断面図である。

【図8】図７に示した熱交換器の作用説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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。

【0021】

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、たとえば給湯装置の潜熱回収用の熱交換器として利用される。
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、これら複数の伝熱管１の下端部および上端部に繋がった入水用および出湯用の一対のヘッダ３（３Ａ，３Ｂ）とを具備している。
なお、本実施形態では、ケース２の左右幅方向が本発明でいう「ｘ方向」、ケース２の前後幅方向が本発明でいう「ｙ方向」、上下方向が本発明でいう「ｚ方向」に相当し、図面において適宜示す。

【0022】

複数の伝熱管１は、その主管体部１１が、平面視長円状の複数の螺旋状管体であり、この螺旋状管体の軸長方向は上下方向である。複数の螺旋状管体は、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。主管体部１１は、ケース２内においてスペーサ（図示略）などを用いて位置決め固定されている。主管体部１１の上部および下部には、略水平に延びる第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂが一体的に繋がっている。燃焼ガスから伝熱管１に効率良く熱回収されるためには、図２（ｂ）のように、伝熱管１の上方および下方の隙間は、伝熱管１どうしの隙間と同等程度に小さくすることが望ましい。前記隙間を小さくする手段として、上壁部２０ａおよび下壁部２０ｂに、伝熱管１に向けて突出する段部２０',２０”を形成する手段を用いることができる。ただし、前記隙間は、燃焼ガスの通路抵抗の度合いや、潜熱回収によって発生するドレインの排出性能などに応じて適宜大きくしてもよい。

【0023】

ケース２は、略直方体状であり、このケース２の本体部２０（矩形筒状の胴体部）に加え、一対の側板部２１，２２を有している。本体部２０および側板部２１，２２のそれぞれは、たとえばステンレスなどの金属板を用いて構成されている。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に到達するが、その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。

【0024】

ケース２の側板部２１には、第１および第２の膨出部２２（２２Ａ，２２Ｂ）がプレス加工によって一体的に形成されている。これら第１および第２の膨出部２２は、ヘッダ３の装着対象となる部分であるとともに、複数の伝熱管1の連結対象となる部分でもある。これら第１および第２の膨出部２２は、側板部２１の上下方向の中心線Ｌａを挟んで上下に離間している。第１および第２の膨出部２２のそれぞれの先端壁部２２ｂには、複数の貫通孔２８が所定の間隔で略水平方向に並んで設けられており、これらの貫通孔２８に、伝熱管１の端部（第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂの端部）が挿入されて溶接されている。

【0025】

第１および第２の膨出部２２は、伝熱管１の端部と貫通孔２８との関係において、上下高さ方向に偏位している。具体的には、第１の膨出部２２Ａは、その上下方向の中心線Ｌｃが、第１の延設管体部１０ａの中心線Ｌｄよりも下側（中心線Ｌａ側）に偏った配置とされている。第２の膨出部２２Ｂは、その中心線Ｌｅが、第２の延設管体部１０ｂの中心線Ｌｆよりも上側（中心線Ｌａ側）に偏った配置とされている。このことの意義については後述する。

【0026】

伝熱管１の端部と貫通孔２８の周縁部との溶接は、側板部２１の外側から行なわれ、かつ側板部２１の内面側に裏ビード部２９が形成されるようにしてなされている。裏ビード部２９は、伝熱管１の外周を覆うようにして伝熱管１に一体化しており、かつ側板部２１の内面からケース２の内方側に向けて突出している。裏ビード部２９の先端部およびその
近傍部分は、この裏ビード部２９の先端側ほど伝熱管１の半径方向の厚みが漸減する形態となっている（図３（ａ）で示す伝熱管１の外面と裏ビード部２９の表面とがなす角度αは、９０°を超えている）。

【0027】

具体的には、前記した溶接は、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、ケース２の側板部２１の各貫通孔２８に、伝熱管１の端部を挿入し、かつその一部を突出させた状態（突出部１３を設けた状態）で行なう。突出寸法は、０．５〜２ｍｍ程度であるが、この寸法は、伝熱管１および側板部２１の厚みや材質などに応じて適宜変更できる。溶接は、たとえばＴＩＧ溶接であり、側板部２１の外側から片側溶接を行なう。この溶接に際しては、ＴＩＧ溶接トーチ９を貫通孔２８の周縁部に向けて対向させ、伝熱管１には直接対向させないようにする。このような設定状態でＴＩＧ溶接を開始すると、貫通孔２８の周縁部とともに伝熱管１の突出部１３をも溶融させることができる。突出部１３は、貫通孔２８の周縁部よりもＴＩＧ溶接トーチ９に接近しているために、この突出部１３に対して適切にアーク熱を作用させることが可能であり、溶接後においては伝熱管１の端部は、側板部２１の外面と略面一状の高さとされる。ＴＩＧ溶接トーチ９は、伝熱管１の端部全周と各貫通孔２８の周縁部全周とを溶接するように移動させていく。

【0028】

具体的には、図２（ｃ）の仮想線Ｌ１，Ｌ２で示すように、伝熱管１の外周に沿った円軌跡でＴＩＧ溶接トーチ９を移動させる。この場合、複数の伝熱管１の相互間領域を溶接する際には、他の領域（伝熱管１の上側や下側の領域）を溶接する際よりも入熱を少なくする。複数の伝熱管１の相互間領域は、溶接が重なり気味で実行されるために、この領域への入熱が過剰にならないようにするためである。

【0029】

好ましくは、上下２つの膨出部２２Ａ，２２Ｂのうち、上側の膨出部２２Ａにおいて、第１の延設管体部１０ａを溶接する際の終点Ｐ１は、この第１の延設管体部１０ａの下側（中心線Ｌａに接近する側）とされる。下側の膨出部２２Ｂにおいて、第２の延設管体部１０ｂを溶接する際の終点Ｐ２は、この第２の延設管体部１０ｂの上側（中心線Ｌａに接近する側）とされる。

【0030】

前記した溶接を施すことにより、図３および図４（ａ）に示した裏ビード部２９を適切に形成した溶接が可能となる。伝熱管１の突出部１３は、溶加棒としての役割を果たすこととなるため、裏ビード部２９のボリュームを大きくし、側板部２１の内面からケース２の内方への突出寸法を大きくすることが可能である。また、伝熱管１の相互間領域の母材が少ない部分においても溶接不良を生じないようにすることができる。

【0031】

図３に示すように、ヘッダ３は、側板部２１とは別体に形成されており、膨出部２２に対応した開口部３２を形成する開口縁部３３を有する内部空洞状の本体部３０と、この本体部３０の後面側に連結された継手用管体部３１とを有している。ヘッダ３は、その開口縁部３３が膨出部２２の周壁部２２ａに外嵌され、かつこの外嵌部分において溶接が施されていることにより、膨出部２２への固定が図られている。ヘッダ３内のうち、先端壁部２２ｂよりもケース２の外方側の領域は、各伝熱管１の内部に連通した湯水流通用のチャンバ３６である。

【0032】

本実施形態によれば、次のような作用が得られる。

【0033】

まず、伝熱管１に配管接続された配管経路にウォータハンマが生じた場合について、図５を参照して説明すると、ウォータハンマの非発生時には、同図（ａ）に示す状態にある。これに対し、ウォータハンマが発生し、伝熱管１内の圧力が相当に高くなると、第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂが、上下方向に膨らむように変形し、側板部２１をケース２の内側に撓ませる力Ｆ２を発生させる。その際、膨出部２２の先端壁部２２ｂも
撓み変形を生じる。このようなことに起因し、第１の膨出部２２Ａの先端壁部２２ｂにおいては、第１の延設管体部１０ａの上側領域に引張応力σが発生する。第２の膨出部２２Ｂの先端壁部２２ｂにおいては、第２の延設管体部１０ｂの下側領域に引張応力σが発生する。伝熱管１の端部と先端壁部２２ｂとの溶接部分において前記した引張応力σが発生する箇所は、図２（ｃ）の符号ｎ１，ｎ２で示す箇所近辺である。

【0034】

これに対し、本実施形態の熱交換器ＨＥ１においては、第１および第２の膨出部２２Ａ，２２Ｂが、第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂに対して、側板部２１の中心線Ｌａ寄りに偏って設けられ、先端壁部２２ｂのうち、前記した引張応力σが集中する部分の小領域化が図られている。このことにより、第１および第２の膨出部２２Ａ，２２Ｂの強度・耐久性を高めることができる。このことは、側板部２１の薄肉化を図るのにも好適となり、軽量化や製造コストの低減化に寄与する。

【0035】

第１および第２の膨出部２２Ａ，２２を中央寄りに偏位させると、第１の膨出部２２Ａとケース２の上壁部２０ａとの距離、および第２の膨出部２２Ｂと下壁部２０ｂとの距離を大きくとることができる。これは、第１および第２の膨出部２Ａ，２Ｂにヘッダ３を溶接する際に、溶接トーチが上壁部２０ａや下壁部２０ｂと干渉することを回避し、溶接トーチの自由度を高める上で好ましい。なお、第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂについては、上下方向に位置変更させる必要はなく、本来の適切に高さに設定しておくことができる。

【0036】

溶接の不具合が最も生じ易い溶接の終点Ｐ１，Ｐ２は、前記した応力集中を生じる箇所を避けた位置にあるため、終点Ｐ１，Ｐ２に前記した応力σが作用しないようにし、耐ウォータハンマ性能をより高めることができる。また、終点Ｐ１，Ｐ２は、伝熱管１の相互間領域をも避けた位置であるため、溶接の均一性を高める上でも好ましいものとなる。

【0037】

伝熱管１と側板部２１との溶接は、側板部２１の外側からの片側溶接であるために、側板部２１の内側において溶接を行なう場合とは異なり、ＴＩＧ溶接トーチ９が伝熱管１の螺旋状管体の部分に干渉するようなことが回避される。側板部２１をケース２の本体部２０に組み付けた後であっても、前記溶接作業を容易に行なうことが可能である。したがって、熱交換器ＨＥ１の生産性を高め、その製造コストを低減することができる。

【0038】

側板部２１の内面側に形成された裏ビード部２９は、伝熱管１の外周を覆うようにして伝熱管１に一体化し、かつケース２の内方側に突出しているために、たとえば単なる隅肉溶接などと比較すると、その溶接強度を高くし、耐久性により優れたものとすることができる。また、裏ビード部２９の先端部およびその近傍部分は、先端側ほど伝熱管１の半径方向の厚みが漸減しているために、応力集中を生じ易い断面急変箇所は存在しない。その結果、伝熱管１と側板部２１との接合箇所の強度がより高くなる。

【0039】

ヘッダ３内のチャンバ３６には、伝熱管１の端部が突出していないために、チャンバ３６の容積が伝熱管１の存在によって狭められないようにすることができる。また、チャンバ３６内と伝熱管１内との間を湯水が流通する際の抵抗を小さくする効果も得られる。

【0040】

さらに、本実施形態によれば、側板部２１に対するヘッダ３の取り付けも、側板部２１の外側において簡易に行なえることとなる。ヘッダ３を側板部２１に直接取り付けた構成であるため、全体の部品点数も少なくし、熱交換器ＨＥ１の製造コストを低減する上でより好ましく、さらには全体の小型化を図る上でも好ましいものとなる。

【0041】

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。

【0042】

図６においては、前記実施形態とは異なり、ケース２の左右幅方向が、本発明でいう「ｘ方向」に相当するが、上下方向が「ｙ方向」であり、ケース２の前後幅方向が「ｚ方向」である。
本実施形態の熱交換器ＨＥ２は、各伝熱管１の主管体部１１が、略水平な姿勢の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。第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂは、ケース２の左右幅方向に延びているが、これらはケース２の前後幅方向に間隔を隔てている。このため、ケース２の側板部２１に設けられた第１および第２の膨出部２２（２２Ａ，２２Ｂ）は、ケース２の前後幅方向の中心線Ｌｂを挟んでケース２の前後幅方向に離間した配置とされている。第１および第２の膨出部における複数の貫通孔２８および伝熱管１の端部（第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂ）の配列方向は、上下方向である。

【0043】

第１の膨出部２２Ａは、その前後幅方向の中心線Ｌｇが、第１の延設管体部１０ａの中心線Ｌｈよりも後側（中心線Ｌｂ側）となるように設けられている。好ましくは、この第１の膨出部２２Ａにおける溶接の終点Ｐ１は、第１の延設管体部１０ａよりも後側とされている。第２の膨出部２２Ｂは、その前後幅方向の中心線Ｌｉが、第２の延設管体部１０ｂの中心線Ｌｊよりも前側（中心線Ｌｂ側）となるように設けられている。好ましくは、この第２の膨出部２２Ｂにおける溶接の終点Ｐ２は、第２の延設管体部１０ｂよりも前側とされている。

【0044】

本実施形態の熱交換器ＨＥ２においては、ウォータハンマ発生時には、前記した熱交換器ＨＥ１と同様に、第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂが膨らんで側板部２１を内側に引っ張って撓ませ、かつ第１および第２の膨出部２２の先端壁部２２ｂも撓ませる。このことにより、先端壁部２２ｂに引張応力が生じるが、第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂが膨らむ方向はケース２の前後幅方向であって、前記した実施形態とは異なり、第１の延設管体部１０ａの前側領域、および第２の延設管体部１０ｂの後側領域に引張応力が集中する。これに対し、本実施形態では、そのような応力集中領域が狭められているために、耐久性を高めることが可能である。また、溶接の終点Ｐ１，Ｐ２は、応力集中領域とは反対側に設けられているために、やはりこの終点Ｐ１，Ｐ２に引張応力が集中することはなく、耐久性を一層高めることが可能である。

【0045】

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で種々に設計変更自在である。

【0046】

上述した実施形態では、第１および第２の膨出部２２を、ケース２の側板部２１の外方に向けて膨出させているが、これとは異なり、第１および第２の膨出部を、側板部２１の内側方向に膨出させた構成とすることもできる。このような場合であっても、側板部にヘッダを取り付けて、膨出部を利用した湯水流通用のチャンバを形成することが可能であり、またウォータハンマ発生時の応力集中領域を狭くして耐久性を高めるという本発明の意図する作用を得ることができる。伝熱管とケースの側板部との接合手段としては、溶接に限らず、ロウ付けを採用することも可能である。なお、溶接を採用する場合、その溶接は、ＴＩＧ溶接に限定されず、たとえば他のアーク溶接を用いることも可能であり、その具体的な種類は問わない。

【0047】

ケース内に流入させる熱交換対象媒体としては、燃焼ガス以外の流体とすることができる。本発明に係る熱交換器は、潜熱回収用に限らないことは勿論のこと、湯水加熱用途以外の種々の用途に用いられるものとすることができる。

【符号の説明】

【0048】

ＨＥ１，ＨＥ２ 熱交換器
Ｐ１，Ｐ２ 溶接の終点
１ 伝熱管
１０ａ，１０ｂ 延設管体部
１１ 主管体部（伝熱管の）
２ ケース
３（３Ａ，３Ｂ） ヘッダ
２１ 側板部（ケースの）
２２（２２Ａ，２２Ｂ） 第１および第２の膨出部
２８ 貫通孔
２９ 裏ビード部
３６ チャンバ（ヘッダの）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】