CN103712481B - 换热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换热器。该换热器（HE）包括：壳体（2），其用于在内部容纳多个导热管（1）；以及集管（3），其具有内部空洞状的主体部（30），该主体部（30）具有开口边缘部（33），在壳体的侧壁部（21）上形成有鼓出部（22），该鼓出部（22）具有：筒状的周壁部（22a），朝向壳体的外方鼓出；以及顶端壁部（22b），其用于封堵该周壁部的顶端部。各导热管的端部插入被设于鼓出部的顶端壁部的贯通孔（22c）而与顶端壁部相相接合，集管的开口边缘部外套于鼓出部的周壁部，从而在集管内形成有与各导热管的内部连通的腔室（36）。由此，能够谋求换热器的部件个数的少量化、结构的简单化，能够容易地以低成本制造换热器。

Description

换热器及其制造方法

技术领域

本发明涉及在壳体内容纳有多个导热管的类型的换热器及其制造方法。

背景技术

作为换热器的一例子，存在有专利文献1所述的换热器。

专利文献1所述的换热器构成为：容纳多个导热管的壳体的侧壁部的一部分向壳体的外方鼓出，将该鼓出部作为用于进水或排出热水的集管。作为用于将上述鼓出部设为集管的具体方法，利用以供多个导热管的端部贯通的方式设定的辅助构件，将该辅助构件与上述鼓出部的内侧相接合，从而将上述鼓出部的内部和上述壳体的内部之间分隔。

根据这样的结构，由于集管与壳体的侧壁部一体化地设置，因此能够谋求部件个数的少量化、整体的小型化。由于上述鼓出部朝向壳体的外方鼓出，因此，与例如专利文献2所述的换热器不同，能够避免由壳体内的空间变窄而导致导热管的配置受到较大的制约的问题。

然而，在上述以往技术中，如下所述，还存在需要改善的余地。

即，需要在上述鼓出部的内侧接合上述辅助构件，而该接合部位位于壳体的内侧。因而，作为上述接合部位上的接合方法，难以采用焊接，而变得需要采用钎焊。然而，由于进行钎焊需要真空炉等大型设备，因此，其设备成本变高。结果，换热器的制造成本也变高。此外，在壳体的内侧部分进行钎焊后，难以检查钎焊是否适当。因而，在品质管理方面较费心思。

以往，存在有与专利文献1不同的利用焊接方法能够制造的换热器，然而，这样的换热器的部件个数较多，构造复杂。因此，其制造成本自然也变得高价。

专利文献1：日本特开2012-2464号公报

专利文献2：日本特开2009-162461号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供能够消除或抑制上述那样的问题的换热器及其制造方法。

用于解决问题的方案

为解决上述的课题，在本发明中提出了以下的技术方法。

利用本发明的第1方面提供的换热器，其包括：多个导热管；壳体，其具有至少一个侧壁部，且用于在内部容纳上述多个导热管；以及集管，其用于相对于上述多个导热管进水或排出热水，在上述壳体的上述侧壁部上形成有鼓出部，该鼓出部包括：周壁部，其为筒状，朝向上述壳体的外方鼓出；以及顶端壁部，其用于封堵该周壁部的顶端部，且设有多个贯通孔，上述多个导热管的端部贯穿上述多个贯通孔而与上述顶端壁部相接合，上述集管具有内部空洞状的主体部，该主体部具有形成与上述鼓出部相对应的开口部的开口边缘部，通过使上述开口边缘部外套于上述周壁部，上述集管的上述开口部被上述顶端壁部封堵，从而在上述集管的内部形成有与上述多个导热管的内部连通的腔室。

优选的是，上述壳体的上述侧壁部使用金属板构成，上述鼓出部是通过对上述侧壁部施加冲压加工而与上述侧壁部形成一体的，上述鼓出部的上述周壁部与上述顶端壁部连成一体。

优选的是，上述鼓出部的上述周壁部具有倾斜部，该倾斜部以越靠近上述鼓出部的顶端侧其外形尺寸越小的方式倾斜，上述集管的上述开口边缘部的顶端与上述倾斜部的外表面相抵接，且上述集管和上述鼓出部在该抵接部分处相接合。

优选的是，在上述集管中的、上述开口边缘部的外周上一体地形成有朝向上述开口边缘部的外方突出的凸缘部，上述集管和上述鼓出部通过将上述凸缘部焊接在上述周壁部的外表面上而相接合。

优选的是，在上述鼓出部的上述周壁部中的比上述倾斜部靠顶端的部分设为外形尺寸在上述周壁部的轴线方向上大致恒定的非倾斜部，上述集管的上述开口边缘部外套于上述非倾斜部。

优选的是，在上述集管中的、上述开口边缘部的外周上一体地形成有朝向上述开口边缘部的外方突出的凸缘部。

优选的是，上述集管和上述鼓出部通过将上述凸缘部焊接在上述周壁部的外表面上而相接合。

优选的是，在上述开口边缘部中的、相当于上述凸缘部的基部的内周面设为具有预定曲率半径的凸状的曲面部，该曲面部与上述倾斜部的外表面抵接。

优选的是，上述周壁部具有：左右一对端部区域，其为大致半圆筒状，位于该周壁部的两端；以及上下一对中间区域，其位于该左右一对端部区域彼此之间且将上述左右一对端部区域连接起来，在该一对中间区域中，形成为如下形态：上侧的中间区域以向上侧鼓起的方式弯曲，下侧的中间区域以向下侧鼓起的方式弯曲。

利用本发明的第2方面提供的制造方法为一种换热器的制造方法，其用于制造利用本发明的第1方面提供的换热器，其中，预先准备：多个导热管；壳体的侧壁部，其构成用于容纳上述多个导热管的壳体的一部分，该壳体的侧壁部形成有鼓出部，该鼓出部包括：周壁部，其为筒状，朝向上述壳体的外方鼓出；以及顶端壁部，其用于封堵该周壁部的顶端部，且设有多个贯通孔；以及集管，其具有内部空洞状的主体部，该主体部具有形成与上述鼓出部相对应的开口部的开口边缘部，该换热器的制造方法具有如下工序：第1工序，使上述多个导热管的端部贯穿上述多个贯通孔后，将上述多个导热管的端部焊接在上述鼓出部的上述顶端壁部；以及第2工序，在该第1工序之后，使上述集管的上述开口边缘部外套在上述鼓出部的上述周壁部，且将该开口边缘部焊接在上述壳体的上述侧壁部。

通过参照附图以下所进行的发明的实施方式的说明，能够更加明确本发明的其他的特征和优点。

附图说明

图1是表示本发明的换热器的一例子的外观立体图。

图2A为图1的IIA-IIA剖视图，图2B为图2A的IIB-IIB剖视图。

图3A为图2B的主要部分放大剖视图，图3B为图3A的俯视剖视图，图3C为图3A的主要部分放大剖视图。

图4A为图3A所示的构造的分解剖视图，图4B为图3B所示的构造的分解剖视图。

图5是设于图1所示的换热器的鼓出部的主要部分主视图。

图6是表示与图5所示的结构进行对比的对比例的主要部分主视图。

图7A～图7C是示意地表示图1所示的换热器的集管的制造工序的剖视图。

图8是表示与图7A～图7C所示的工序进行对比的对比例的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图具体地说明本发明的优选的实施方式。

图1、图2A、图2B所示的换热器HE较佳的用途在于从因气体燃烧器等燃烧器(省略图示)而产生的燃烧废气中进行热回收从而对热水进行加热，例如，能够应用为热水供给装置的潜热回收用的换热器。

该换热器HE包括：壳体2；多个导热管1，其容纳在该壳体2内；以及一对集管3(3A、3B)，其与上述多个导热管1的下端部和上端部连接，用于进水和排出热水。

多个导热管1具有俯视呈长圆状的多个螺旋状管体部。上述多个螺旋状管体部的卷绕直径彼此不同，配置为大致同心的重叠卷绕状。在各螺旋状管体部的下部和上部一体地连接有沿大致水平延伸的直状管体部10a、10b。在图2B中，在壳体2内，导热管1的上方和下方之间的间隙表示地较大，但优选尽可能地减小该导热管1的上方和下方之间的间隙。作为用于减小上述间隙的方法，例如能够使用在上壁部20a和下壁部20b上形成朝向导热管1突出的台阶部(省略图示)的方法。

壳体2为大致长方体状，除该壳体2的主体部20(矩形筒状的胴体部)以外，具有一对侧壁部21、22。主体部20和侧壁部21、22分别使用金属板构成。上述金属板例如为不锈钢制的。在壳体2的后壁部20c和前壁部20d上设有燃烧废气用的进气口25和排气口26。自进气口25流入壳体2内的燃烧废气在通过多个导热管1的间隙之后到达排气口26。在该过程中，利用各导热管1从上述燃烧废气中进行热回收，加热在各导热管1内流通的热水。

在壳体2的侧壁部21上形成有两个鼓出部22。各鼓出部22是通过对侧壁部21施加冲压加工而形成的，如图3A～图3C及图4A、图4B所示，鼓出部22具有朝向壳体2的外方鼓出的筒状的周壁部22a、和封堵该周壁部的顶端部的顶端壁部22b。周壁部22a和顶端壁部22b连成一体。多个导热管1插入被设于顶端壁部22b的多个贯通孔22c，且焊接于顶端壁部22b。在各导热管1的端部贯通顶端壁部22b且被拉出至壳体2的外部的状态(图示的状态)下，当对各导热管1的端部施加焊接时，该端部代替焊条而熔融，与顶端壁部22b大致成为同一平面。

鼓出部22的周壁部22a具有：倾斜部22a’，其以越靠近该鼓出部22的顶端侧则周壁部22a的外形尺寸越小的方式倾斜；以及非倾斜部22a”，其与该倾斜部22a’的顶端部相连接。非倾斜部22a”为周壁部22a的外形尺寸在鼓出部22的轴线方向(鼓出方向)、即周壁部22a的轴线方向上恒定的部分。鼓出部22的主视形状例如为图5所示的形状。如图5所示，鼓出部22的周壁部22a具有：左右一对端部区域A1，其为大致半圆筒状，位于周壁部22a的两端；以及上下一对中间区域A2、A3，其位于左右一对端部区域A1彼此之间且将左右一对端部区域A1连接起来。在此，上侧的中间区域A2向上弯曲，且下侧的中间区域A3向下弯曲。该结构的作用见后述。

如图3A～图3C及图4A、图4B所示，集管3使用与侧壁部21的不同的构件构成，具有：主体部30，其为内部空洞状，在前表面侧具有形成与鼓出部22相对应的开口部32的开口边缘部33；以及接头用管体部31，其与该主体部30的后表面侧连结。在开口边缘部33的外周上一体地形成有朝向开口边缘部33的外方以短尺寸突出的凸缘部34。开口边缘部33中的顶端部内周(相当于凸缘部34的基部的内周部分)形成为具有恰当的曲率半径Ra的凸状的曲面部35。

集管3的开口边缘部33外套于鼓出部22的周壁部22a。更详细而言，开口边缘部33外套于周壁部22a的非倾斜部22a”。此外，开口边缘部33的顶端部内周的曲面部35与周壁部22a的倾斜部22a’的外表面抵接。施加了用于将集管3和鼓出部22在该抵接部分处相接合的焊接。将集管3外套于鼓出部22的结果，集管3的开口部32被鼓出部22的顶端壁部22b封堵。由此，集管3内的比顶端壁部22b靠壳体2的外侧的区域成为与各导热管1的内部连通的供热水流通用的腔室36。

上述的换热器HE例如能够利用以下的方法制造。

首先，准备上述结构的多个导热管1、壳体2及集管3。

利用例如图7A～7C所示那样的工序制造集管3的主体部30。首先，如图7A所示，对作为原材料的平板状的金属板P施加深拉加工。由此，如图7B所示，形成与平板部34A相连接的集管中间产品30’。然后，在图7B的假想线L1的位置将平板部34A冲孔为圆形状。于是，如图7C所示，能够制造具有短尺寸的凸缘部34的集管3的主体部30。通过在该主体部30焊接接头用管体部31，完成集管3。

图8表示与图7A～图7C进行对比的对比例。在图8的制造方法中，将集管中间产品30’在假想线L2的位置切断，形成平板部34A被完全去除的集管。能够对通过深拉加工而形成的深拉成形部39与平板部34A的边界部分B1提高尺寸精度，但若采用图8的制造方法，则在集管上未剩余有这样的部分。相对于此，采用图7A～图7C的制造方法，能够获得具有尺寸精度较高的边界部分B1的集管3。但是，在本发明中，也可以使用利用图8的制造方法制造的集管。

关于组装换热器HE，如图4A、图4B所示，首先使多个导热管贯穿壳体2的侧壁部21的鼓出部22，将各导热管1的端部向侧壁部21的外方拉出。然后，将各导热管1中的与顶端壁部22b相邻的部分的整周焊接在顶端壁部22b上。如附图标记W1所示，该焊接能够在侧壁部21的外方(壳体2的外方)进行。如上所述，在焊接时，能够将导热管1的端部用作焊条。

接着，使集管3的开口边缘部33外套在鼓出部22的周壁部22a。然后，如图3A、图3B所示，例如利用TIG焊炬9，将开口边缘部33的整周TIG焊接在周壁部22a上。该焊接也能够在壳体2的外方进行。上述的一系列的作业能够在未将侧壁部21接合于壳体2的主体部20的状态下进行，在侧壁部21上焊接了集管3之后，以使多个导热管1容纳在壳体2的主体部20内的方式将侧壁部21组装在主体部20的侧部即可。在进行该组装时，将侧壁部21嵌入被形成于主体部20的侧部开口，对该嵌合部分施加焊接即可。当然，与该方法不同地，还可以设为在将侧壁部21组装在主体部20上之后、在该侧壁部21的鼓出部22组装集管3这样的作业顺序。

根据本实施方式，能够获得以下的作用。

首先，如上所示，能够使用焊接方法简单地进行组装制造换热器HE时的各构成构件彼此之间的接合。因而，能够不需要钎焊用设备。由于焊接部位能够设在壳体2的外方位置，因此在焊接后，容易对该接合是否适当进行确认作业。另一方面，换热器HE的部件个数较少，整体的结构简单。由于向鼓出部22组装集管3采用了嵌合方式，因此组装作业性较佳。由此，能够降低换热器HE的制造成本。

作为用于将集管3外套在鼓出部22的周壁部22a的构造，在周壁部22a上形成有锥形形状的倾斜部22a’，使集管3的开口边缘部33抵接于该倾斜部22a’的外表面。采用这样的结构，能够积极地将开口边缘部33的顶端部按压在倾斜部22a’的外表面上。如参照图7A～图7C所说明的那样，由于与倾斜部22a’相抵接的开口边缘部33为能够将尺寸精度设定得较高的部分(平板部34A与主体部30的边界部分B1)，而且其内周面为具有预定曲率半径Ra的曲面部35，因此，能够以不产生间隙的方式使该曲面部35密接于倾斜部22a’的外表面。而且，由于在开口边缘部33上设有短尺寸的凸缘部34，因此能够将该凸缘部34用作对开口边缘部33施加TIG焊接时的焊条。由此，能够将开口边缘部33和鼓出部22的周壁部22a接合成无间隙的密封性较高的状态。因而，在可靠地防止腔室36内的热水漏出到外部的方面较佳。而且，通过设有倾斜部22a’，能够将集管3与周壁部22的焊接位置限制在自侧壁部21的平面部分(未设有鼓出部22的部分)远离的位置。相比于未设有倾斜部22a’的情况，该方式在抑制焊接时对上述平面部分的热影响、避免侧壁部21变形的问题方面较佳。

如上所述，在鼓出部22的周壁部22a上设有倾斜部22a’。通过这样设置倾斜部22a’，能够将非倾斜部22a”的尺寸(图3C的左右方向上的宽度)与该倾斜部22a’相对应地缩短，能够缩短鼓出部22与集管3之间的嵌合尺寸。在鼓出部22与集管3之间的嵌合部位上，产生由鼓出部22与集管3夹着的微小的间隙(附图标记n1所表示的部分)。由于腔室36内的热水流入且滞留在该部分内，因此容易产生所谓的“间隙腐蚀”。相对于此，在本实施方式中，能够缩短非倾斜部22a”的尺寸，使产生上述“间隙腐蚀”的间隙不会形成为较大范围。

如参照图5所说明的那样，鼓出部22的周壁部22a为以左右一对端部区域A1和上下一对中间区域A2、A3中的任一区域都向外侧(上下)鼓起的方式弯曲的形态。因此，在因周壁部22a外套有集管3的开口边缘部33而对周壁部22a施加力时，能够抑制周壁部22a不适当地变形。图6表示与本实施方式进行对比的对比例。在图6所示的鼓出部22A中，上下一对中间区域A2、A3主视为平直的。在这样的状态下，在对鼓出部22施加力时，中间区域A2、A3容易向内侧方向(箭头N1方向)产生凹陷变形，而在组装集管3时容易成为起伏的状态。这样的话，则焊接有可能变得不恰当。相对于此，采用图5所示的本实施方式的结构，能够使这样的问题难以产生。但是，在本发明中，作为鼓出部也可以采用图6所示的鼓出部22A的结构。

在上述的实施方式中，采用了焊接作为接合方法，还能够取而代之而采用钎焊。在采用钎焊的情况下，通过将凸缘部34用作钎焊材料的引导件，能够提高钎焊材料的涂布作业性。此外，在采用钎焊的情况下，还能够谋求提高集管3的强度。

本发明不限定于上述的实施方式的内容。本发明的换热器的各部分的具体结构在本发明所意图的范围内可自由地进行各种设计变更。本发明的换热器的制造方法的各工序的具体结构也可自由地进行各种变更。

本发明中所谓的鼓出部只要是具有自壳体的侧壁部朝向壳体外方鼓出的筒状的周壁部、和用于封堵该周壁部的顶端部的顶端壁部的形态即可，其具体的鼓出尺寸等没有限定。导热管也可以不是螺旋状管体类型，能够使用除此之外的各种类型的导热管(例如，直管、U形管、或蜿蜒曲折状的挠性管)。

在本发明中，在换热器设有多个集管的情况下，优选所有上述多个集管为本发明所期望的结构，但并不限定于此。例如，多个集管中的仅一部分的集管为本发明的所期望的结构，除此之外的其他的集管不为本发明所期望的结构的情况也包含在本发明的保护范围内。作为流入壳体内的加热用气体，能够使用燃烧废气以外的气体(例如，热电并用供给系统的排气)。本发明的换热器不仅能够应用于潜热回收用途，还能够应用于显热回收用途。

Claims (10)

1.一种换热器，其中，

该换热器包括：

多个导热管；

壳体，其具有至少一个侧壁部，且用于在内部容纳上述多个导热管；以及

集管，其用于相对于上述多个导热管进水或排出热水，

在上述壳体的上述侧壁部上形成有鼓出部，该鼓出部包括：周壁部，其为筒状，朝向上述壳体的外方鼓出；以及顶端壁部，其用于封堵该周壁部的顶端部，且设有多个贯通孔，

上述多个导热管的端部贯穿上述多个贯通孔而与上述顶端壁部相接合，

上述集管具有内部空洞状的主体部，该主体部具有形成与上述鼓出部相对应的开口部的开口边缘部，通过使上述开口边缘部外套于上述周壁部，上述集管的上述开口部被上述顶端壁部封堵，从而在上述集管的内部形成有与上述多个导热管的内部连通的腔室，

位于进水用以及排出热水用的上述集管中的一对上述鼓出部均形成为上述壳体的上述侧壁部的一部分且与上述壳体的上述侧壁部一体地形成，

上述鼓出部离开壳体主体部与上述侧壁部之间的接合部分地配置。

2.根据权利要求1所述的换热器，其中，

上述壳体的上述侧壁部使用金属板构成，

上述鼓出部是通过对上述侧壁部施加冲压加工而与上述侧壁部形成一体的，上述鼓出部的上述周壁部与上述顶端壁部连成一体。

3.根据权利要求1所述的换热器，其中，

上述鼓出部的上述周壁部具有倾斜部，该倾斜部以越靠近上述鼓出部的顶端侧其外形尺寸越小的方式倾斜，

上述集管的上述开口边缘部的顶端与上述倾斜部的外表面相抵接，且上述集管和上述鼓出部在该抵接部分处相接合。

4.根据权利要求3所述的换热器，其中，

在上述集管的上述开口边缘部的外周上一体地形成有朝向上述开口边缘部的外方突出的凸缘部，

上述集管和上述鼓出部通过将上述凸缘部焊接在上述周壁部的外表面上而相接合。

5.根据权利要求3所述的换热器，其中，

在上述鼓出部的上述周壁部中的比上述倾斜部靠顶端的部分设为外形尺寸在上述周壁部的轴线方向上大致恒定的非倾斜部，

上述集管的上述开口边缘部外套于上述非倾斜部。

6.根据权利要求5所述的换热器，其中，

在上述集管的上述开口边缘部的外周上一体地形成有朝向上述开口边缘部的外方突出的凸缘部。

7.根据权利要求6所述的换热器，其中，

上述集管和上述鼓出部通过将上述凸缘部焊接在上述周壁部的外表面上而相接合。

8.根据权利要求6所述的换热器，其中，

在上述开口边缘部的相当于上述凸缘部的基部的内周面设为具有预定曲率半径的凸状的曲面部，该曲面部与上述倾斜部的外表面抵接。

9.根据权利要求1所述的换热器，其中，

上述周壁部具有：左右一对端部区域，其为大致半圆筒状，位于该周壁部的两端；以及上下一对中间区域，其位于该左右一对端部区域彼此之间且将上述左右一对端部区域连接起来，

在该上下一对中间区域中，形成为如下形态：上侧的中间区域以向上侧鼓起的方式弯曲，下侧的中间区域以向下侧鼓起的方式弯曲。

10.一种换热器的制造方法，其用于制造权利要求1～9中任一项所述的换热器，其中，

预先准备：

多个导热管；

壳体的侧壁部，其构成用于容纳上述多个导热管的壳体的一部分，其形成有鼓出部，该鼓出部包括：周壁部，其为筒状，朝向上述壳体的外方鼓出；以及顶端壁部，其用于封堵该周壁部的顶端部，且设有多个贯通孔；以及

集管，其具有内部空洞状的主体部，该主体部具有形成与上述鼓出部相对应的开口部的开口边缘部，

位于进水用以及排出热水用的上述集管中的一对上述鼓出部均形成为上述壳体的上述侧壁部的一部分且与上述壳体的上述侧壁部一体地形成，

上述鼓出部离开壳体主体部与上述侧壁部之间的接合部分地配置，

该换热器的制造方法具有如下工序：

第1工序，使上述多个导热管的端部贯穿上述多个贯通孔后，将上述多个导热管的端部焊接在上述鼓出部的上述顶端壁部；以及

第2工序，在该第1工序之后，使上述集管的上述开口边缘部外套在上述鼓出部的上述周壁部，且将该开口边缘部焊接在上述壳体的上述侧壁部。