JP2003222496A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器内の給湯水の滞留を防止する。 【解決手段】 チューブ２は、プレス加工された板材か
らなる２枚の伝熱プレート４を対向接合してなる。チュ
ーブ２の入口タンク部２２および出口タンク部２３には
連通口２４、２５が形成されている。下方に配される入
口タンク部２２の内部にはブッシング２７、２８が挿入
され、連通口２４よりも下側の空間は閉塞されている。
そのため、給湯器の作動停止時、連通口２４を介して給
湯水を全量、排出することができ、熱交換器１内に給湯
水が滞留してしまうことを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、給湯器など
に内蔵され、燃焼ガスと熱交換し、水を加熱する熱交換
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、家庭用給湯器などに内蔵され、燃
焼ガスなどとを熱交換し、水を加熱する熱交換器とし
て、特開平１１−１４１５６号公報に記載された、一対
のプレートを対向接合した複数の流体通路を積層した熱
交換器が知られている。上記公報に記載された熱交換器
では、水平方向に伸び、Ｕ字状に折り返された凹溝がプ
レス加工されたプレート同士を対向接合することによっ
て流体通路を形成している。凹溝の一端は下方に突出し
た位置に形成されており、凹溝の他端は上方に突出した
位置に形成されている。この突出した部位にはそれぞれ
開口部が形成されており、入口側集合管部、出口側集合
管部がそれぞれ接続される。入口側集合管部から熱交換
器内に流入した給湯水は、流体通路を下方から上方へと
通過し、出口側集合管部から熱交換器外へと流出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような構造の熱交
換器において、各凹溝の一端に形成された開口部がタン
ク部の下壁面（底面）よりも上方に形成されていると、
給湯器の使用停止時に、開口部の下側縁部と凹溝の底面
との間に給湯水が滞留してしまう。低気温時に、この部
分に滞留した水が凍結すると、熱交換器に悪影響を及ぼ
す可能性があった。

【０００４】そこで、本発明は、２枚のプレートを対向
接合した流体通路を有する熱交換器において、熱交換器
内での水の滞留を防止することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下の技術的手段を採用する。

【０００６】請求項１記載の発明によれば、前記入口タ
ンク部（２２）または前記出口タンク部（２３）のう
ち、下方に配されるタンク部に形成された前記連通口
（２４ａ、２４ｂ）よりも下方となる部分は閉塞部材
（２７、２８）によって塞がれているので、給湯器の使
用停止時に、熱交換器（１）内部の給湯水を連通口（２
４ａ、２４ｂ）を介して流出させることができ、給湯水
の熱交換器（１）内部での滞留を防止することができ
る。そのため、低気温時に熱交換器（１）内で給湯水が
凍結し、熱交換器（１）に悪影響を及ぼすといったこと
がない。

【０００７】また、請求項２または３記載の発明によれ
ば、給湯器の使用停止時に、流体通路の給湯水を連通口
（２４ａ、２４ｂ）を介して熱交換器の外に流出させる
ことができ、流体通路内での給湯水の滞留を防止するこ
とができる。

【０００８】さらに、請求項４記載の発明によれば、確
実に給湯水の熱交換器（１）内部での滞留、および給湯
水中に含まれる気泡溜まりの形成を防止することができ
る。

【０００９】ところで、連通口をプレス成形によって加
工する場合、連通口の外周縁部にはプレス成形機の雌型
によって押さえられる部分が必要となる。したがって、
プレス加工によって連通口を形成する場合、連通口は必
ずタンク部下壁面よりも上方に位置する。そのため、本
発明は、特に、請求項５に記載したような連通口（２４
ａ、２４ｂ）をプレス成形によって加工する熱交換器に
適用するのが望ましい。

【００１０】さらに、請求項６の発明によれば、前記チ
ューブ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の前記入口タンク部（２
２）と隣接する前記チューブ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の前
記入口タンク部（２２）とがろう接合され、前記チュー
ブ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の前記出口タンク部（２３）と
隣接する前記チューブ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の前記出口
タンク部（２３）とがろう接合された熱交換器に適用す
るので、隣接するタンク部（２２，２３）どうしのろう
付け面積を十分に得ることができる。

【００１１】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。

【００１３】図１は熱交換器１の正面図、図２は熱交換
器１の側面図、図３は熱交換器１の上面図である。

【００１４】熱交換器１は、給湯器に使用されて給湯水
と燃焼ガスとの熱交換を行うもので、図２及び図３に示
すように、チューブ２をアウタフィン３と交互に積層し
て構成される、所謂ドロンカップタイプの積層型熱交換
器であり、全体が組みつけられた後、一体ろう付けによ
って製造される。

【００１５】チューブ２は、積層方向の一端側に配され
るチューブ２Ａ、積層方向の他端側に配されるチューブ
２Ｃ、チューブ２Ａとチューブ２Ｃとの間に配される複
数のチューブ２Ｂよりなる。これらのチューブ２Ａ〜Ｃ
は、略Ｕ字状の流水通路（本発明における流体通路）が
形成される偏平管部２１と、流水通路の上流側端部に接
続される入口タンク部２２と、下流水通路の流側端部に
接続される出口タンク部２３（いずれも図２参照）とを
有する。入口タンク部２２と出口タンク部２３とは同じ
側に配されており、出口側タンク部２３が上側、入口側
タンク部２２が下側に配されている。

【００１６】偏平管部２１の内部には、図５、９、１３
に示すように、伝熱面積の増大と、チューブの耐圧強度
確保のためにインナフィン５（５Ａ、５Ｂ）が挿入され
る。

【００１７】インナフィン５は、図４に示すように、伝
熱性に優れる金属製（例えばステンレス、アルミニウム
など）の薄板材を凹凸状に交互に折り曲げて形成され、
かつ凹部と凸部が直線的に連続するのではなく、断続的
に横方向にオフセットして設けられた、所謂オフセット
フィンである。

【００１８】インナフィン５は、図５，９、１３に示す
ように、チューブ２内に形成される略Ｕ字状の流水通路
の折り返し部より上流側と下流側とに分割して設けら
れ、かつ両者間に隙間６を有して配置されている。すな
わち、伝熱プレートの仕切部（後述する）の両側にそれ
ぞれ分割されたインナフィン５Ａ、５Ｂが配置され、流
水通路の折り返し部には、上流側に配置されるインナフ
ィン５Ａと下流側に配置されるインナフィン５Ｂとの間
に隙間６が確保されている（図５、９、１３参照）。な
お、折り返し部より上流側のインナフィン５Ａと下流側
のインナフィン５Ｂは同一形状を有している。

【００１９】チューブ２Ａ〜Ｃは、図２、３に示すよう
に、隣接するチューブ２の入口タンク部２２と入口タン
ク部２２、出口タンク部２３と出口タンク部２３とが当
接するとともに、偏平管部２１同士の間にアウタフィン
３をはさみこんで積層されている。入口タンク部２２に
開口する第１の連通口２４ａ、２４ｂ、出口タンク部２
３に開口する第２の連通口２５ａ、２５ｂを介して各チ
ューブ２Ａ〜Ｃの流水通路は相互に連通している。

【００２０】図３に示すように、チューブ２Ａの入口タ
ンク部２２には、給湯水が流入する入口ポート７が接合
されており、チューブ２Ａの出口タンク部２３には、給
湯水が流出する出口ポート８が接合されている。入口ポ
ート７と出口ポート８とは同じ側に配置されており、給
湯水は熱交換器１内をＵターンするようになっている。
このような配置とすることによって、一定のスペースに
おいて熱交換に寄与する有効面積を大きく確保すること
ができる。また、チューブ２の積層方向の両側には、そ
れぞれ補強用のプレート９が接合されている。

【００２１】続いて、本発明の要部であるチューブ２Ａ
〜２Ｃについて述べる。

【００２２】図５はチューブ２Ａを示す図であり、チュ
ーブ２Ａは図６および図７に示す２枚の伝熱プレート４
（４ａ、４ｂ）を組み合わせて形成される。２枚の伝熱
プレート４ａ、４ｂは、伝熱性に優れる金属製（例えば
ステンレス、アルミニウムなど）の板材をプレス加工す
ることによって成形される。

【００２３】第１の伝熱プレート４ａには、偏平管部２
１、入口タンク部２２、出口タンク部２３を形成する外
側に膨出した膨出部３０が形成されている。膨出部３０
には、入口ポート７、出口ポート８がそれぞれ接続され
る略円形の第１の連通口２４ａおよび第２の連通口２５
ａが開口するとともに、流水通路を略Ｕ字状に形成する
ための仕切部２０が設けられている。第１の伝熱プレー
ト４ａの周縁部には巻き締め部４１が設けられている。

【００２４】伝熱プレート４ａと対向接合される第２の
伝熱プレート４ｂは、伝熱プレート４ａとほぼ同一の外
縁形状を有しており、入口タンク部２２および出口タン
ク部２３をそれぞれ形成する２つの膨出部３１、３２、
偏平管部２１を形成する平板部３３が形成されている。
膨出部３１、３２には略矩形形状を有する第１の連通口
２４ｂおよび第２の連通口２５ｂがそれぞれ形成されて
おり、これらの連通口２４ｂ、２５ｂの開口縁部には爪
部２６が形成されている。

【００２５】なお、連通口２４ｂの下側開口縁はチュー
ブ２Ａ内に形成される流水通路の最下端よりも下方に位
置している。

【００２６】図５に示すように、第１の伝熱プレート４
ａの巻き締め部４１は、第２の伝熱プレート４ｂの周縁
を両側から挟み込むように巻き締めることによってチュ
ーブ２Ａは組み付けられ、伝熱プレート４ａ、４ｂの当
接面はろう付けされる。

【００２７】入口タンク部２２および出口タンク部２３
の内部には、ブッシング２７（本発明における閉塞部
材）が挿入されている。ブッシング２７は略コの字型を
有しており、給湯水の凍結時においても十分な耐圧強度
を得るために、図５に示すように、連通口２４、２５の
流水通路側の開口縁から流水通路までの部分を除いてタ
ンク部２２、２３の内部を閉塞している。

【００２８】図９はチューブ２Ｂを示す図であり、チュ
ーブ２Ｂは図１０および図１１に示す２枚の伝熱プレー
ト４（４ｃ、４ｄ）を組み合わせて形成される。２枚の
伝熱プレート４ｃ、４ｄは、伝熱性に優れる金属製（例
えばステンレス、アルミニウムなど）の板材をプレス加
工することによって成形される。第３の伝熱プレート４
ｃは、連通口２４ｂ、２５ｂの開口縁部に爪部が形成さ
れていないこと以外は伝熱プレート４ｂと同一形状を有
しており、詳細な説明は省略する。

【００２９】第４の伝熱プレート４ｄには、入口タンク
部２２および出口タンク部２３をそれぞれ形成する２つ
の膨出部３１、３２と、偏平管部２１を形成する膨出部
３４とが形成されており、第１の伝熱プレート４ｄの周
縁部には巻き締め部４１が設けられている。膨出部３
１、３２には、略矩形形状の第１の連通口２４ｂ、第２
の連通口２５ｂがそれぞれ開口しており、その開口縁部
には爪部２６が形成されている。なお、下側に配される
第１の連通口２４ｂの下側開口縁はチューブ２Ｂ内に形
成される流水通路の最下端よりも下方に位置している。
一方、膨出部３４には流水通路を略Ｕ字状に形成するた
めの仕切部２０が設けられている。

【００３０】チューブ２Ａと同様に、第４の伝熱プレー
ト４ｄの巻き締め部４１が第３の伝熱プレート４ｃの周
縁部を巻き締めることによってチューブ２Ｂは組み付け
られ、伝熱プレート４ｃ、４ｄの当接面はろう付けされ
る。

【００３１】チューブ２Ｂの入口タンク部２２および出
口タンク部２３の内部には、給湯水の凍結時においても
十分な耐圧強度を得るために、図１２に示すように、２
つのＩ字型のブッシング２８（本発明における閉塞部
材）が挿入される。ブッシング２８は、連通口２４ｂ、
２５ｂの上側開口縁よりも上側と、連通口２４ｂ、２５
ｂの下側開口縁よりも下側にそれぞれ配されている。図
９に示すように、これらのブッシング２８によって、入
口タンク部２２および出口タンク部２３のうち、連通口
２４ｂ、２５ｂの上側開口縁よりも上側の空間、および
連通口２４ｂ、２５ｂの下側開口縁よりも下方の空間が
閉塞されている。なお、連通口２４ｂ、２５ｂの開口縁
に形成された爪部２６によってブッシング２８は固定さ
れている。

【００３２】図１３はチューブ２Ｃを示す図であり、図
１４は伝熱プレート４ｅを示す図である。チューブ２Ｃ
は２枚の伝熱プレート４（４ｃ、４ｅ）を組み合わせて
形成される。第５の伝熱プレート４ｅは、伝熱性に優れ
る金属製（例えばステンレス、アルミニウムなど）の板
材をプレス加工することによって成形される。第５の伝
熱プレート４ｅは、連通口が形成されていないこと以外
は伝熱プレート４ａと同一形状を有しており、詳細な説
明は省略する。

【００３３】第５の伝熱プレート４ｅの巻き締め部４１
によって、図１３に示すように第３の伝熱プレート４ｃ
の周縁部を巻き締めることによってチューブ２Ｃは組み
付けられ、伝熱プレート４ｃ、４ｅの当接面はろう付け
される。また、チューブ２Ｃの入口タンク部２２と出口
タンク部２３の内部には、チューブ２Ａと同様にコの字
形状のブッシング２７が挿入される。

【００３４】次に、熱交換器１の作動について説明す
る。

【００３５】給湯水は、熱交換器１の入口ポート７から
チューブ２Ａ〜２Ｃの入口タンク部２２に流入し、偏平
管部２１に形成される略Ｕ字状の流水通路を通過して出
口タンク部２３へと流入し、出口タンク部２３に流入し
た給湯水は出口ポート８を介して流出する。

【００３６】燃焼ガスは、図１に示すように、熱交換器
１の上方から下方に向かって流れ、熱交換器１を通過す
る際に給湯水と熱交換し、給湯水を加熱する。このと
き、燃焼ガスは、少なくとも熱交換器１の出口側で露点
以下（例えば３０〜５０℃）まで温度低下して凝縮す
る。つまり、この熱交換器１は、燃焼ガスの顕熱だけで
なく、燃焼ガス中の水蒸気が凝縮する際に放出される凝
縮潜熱をも吸収して給湯水を加熱することができる。

【００３７】ところで、チューブ２Ａ〜Ｃを形成する伝
熱プレート４ａ〜ｅは、金属製の板材をプレス加工する
ことによって成形される。プレス加工によって連通口２
４、２５を形成するにあたって、素材である板材を押さ
えるために、連通口２４、２５の外周縁部にはプレス成
形機によって押さえられる部分が必要となる。そのた
め、プレス加工によって連通口２４、２５を形成する場
合、連通口２４は、入口タンク部２２の下壁面よりも上
方に位置する。したがって、入口タンク部２２の下壁面
と連通口２４の下側開口縁部との間には空間が形成され
る。

【００３８】上述した実施の形態によれば、この空間は
ブッシング２７、２６によって閉塞されているので、こ
の空間に滞留することなく、給湯水は熱交換器１内部を
通過する。これにより、低気温時に熱交換器１内で給湯
水が凍結し、熱交換器１に悪影響を及ぼすといったこと
がない。

【００３９】また、上述した実施の形態では、連通口２
４を入口タンク部２２の下壁面の近傍に形成するのでは
なく、連通口２４の開口縁と入口タンク部２２の下壁面
との間に、隣接するチューブ２の入口タンク部２２との
接合面となる壁面を有しているので、十分なろう付け面
積を確保することができる。

【００４０】特に、上述した実施の形態では、連通口２
４の下側開口縁はチューブ２Ａ〜２Ｃ内に形成される流
水通路の最下端よりも下方に位置しているため、流水通
路内に給湯水の滞留部が形成されることがない。そのた
め、流水通路内にブッシング２７、２８を設けなくても
よく、部品コストを抑えることができる。また、ブッシ
ング２７、２８によって、給湯水と燃焼ガスとの熱交換
面積が減少してしまうことがない。

【００４１】上述した実施の形態では、チューブ２Ａ〜
２Ｃの連通口２４、２５、膨出部３１、３２は略矩形形
状を有しており、製品搬送時などにブッシング２７、２
８がタンク部２２、２３内を移動してしまうことがな
い。

【００４２】なお、上述した実施の形態によれば、入口
タンク部２２と出口タンク部２３とを同じ側に配置し、
流水通路を給湯水がＵ字状に流れる構造としたが、流水
通路に折り返し部を設けず、入口タンク部２２と出口タ
ンク部２３とを対角線上に配置し、直線的に給湯水が流
れる構造としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る熱交換器の正面図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態に係る熱交換器の側面図で
ある。

【図３】本発明の実施形態に係る熱交換器の上面図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態におけるオフセットフィン
（インナフィン）の斜視図である。

【図５】本実施の形態に係る第１チューブを示す図であ
り、図（ａ）は第１チューブの正面図であり、図（ｂ）
は第１チューブの側面図であり、図（ｃ）は第１チュー
ブの上面図である。

【図６】本実施の形態に係る第１の伝熱プレートを示す
図であり、図（ａ）は第１の伝熱プレートの正面図であ
り、図（ｂ）は第１の伝熱プレートの側面図であり、図
（ｃ）は第１の伝熱プレートの上面図である。

【図７】本実施の形態に係る第２の伝熱プレートを示す
図であり、図（ａ）は第２の伝熱プレートの正面図であ
り、図（ｂ）は第２の伝熱プレートの側面図であり、図
（ｃ）は第２の伝熱プレートの上面図である。

【図８】本実施の形態に係る、チューブ２Ａおよび２Ｃ
の内部に配されるブッシングを示す図であり、図（ａ）
はブッシングの正面図であり、図（ｂ）はブッシングの
側面図である。

【図９】本実施の形態に係る第２チューブを示す図であ
り、図（ａ）は第２チューブの正面図であり、図（ｂ）
は第２チューブの側面図であり、図（ｃ）は第２チュー
ブの上面図である。

【図１０】本実施の形態に係る第３の伝熱プレートを示
す図であり、図（ａ）は第３の伝熱プレートの正面図で
あり、図（ｂ）は第３の伝熱プレートの側面図であり、
図（ｃ）は第３の伝熱プレートの上面図である。

【図１１】本実施の形態に係る第４の伝熱プレートを示
す図であり、図（ａ）は第４の伝熱プレートの正面図で
あり、図（ｂ）は第４の伝熱プレートの側面図であり、
図（ｃ）は第４の伝熱プレートの上面図である。

【図１２】本実施の形態に係るチューブ２Ｂの内部に配
されるブッシングを示す図であり、図（ａ）はブッシン
グの正面図であり、図（ｂ）はブッシングの側面図であ
る。

【図１３】本実施の形態に係る第３チューブを示す図で
あり、図（ａ）は第３チューブの正面図であり、図
（ｂ）は第３チューブの側面図であり、図（ｃ）は第３
チューブの上面図である。

【図１４】本実施の形態に係る第５の伝熱プレートを示
す図であり、図（ａ）は第５の伝熱プレートの正面図で
あり、図（ｂ）は第５の伝熱プレートの側面図であり、
図（ｃ）は第５の伝熱プレートの上面図である。

【符号の説明】

１…熱交換器、 ２…チューブ、 ３…アウタフィン（フィン）、 ４…伝熱プレート、 ２２…入口タンク部、 ２３…出口タンク部、 ２４…第１の連通口、 ２５…第２の連通口、 ２７…ブッシング（閉塞部材）、 ２８…ブッシング（閉塞部材）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長賀部 博之 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 大河内 隆樹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3L036 AA06 3L065 DA17 3L103 AA19 BB43 CC06 CC27 DD19 DD53

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に形成された流体通路と、この流体
   通路の上流側端部に接続され、前記プレート（４ａ、４
   ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ）に形成された第１の連通口（２
   ４ａ、２４ｂ）を介して前記内部流体を前記流体通路に
   流入させる入口タンク部（２２）と、前記流体通路の下
   流側端部に接続され、前記プレート（４ａ、４ｂ、４
   ｃ、４ｄ、４ｅ）に形成された第２の連通口（２５ａ、
   ２５ｂ）を介して前記内部流体を前記流体通路から流出
   させる出口タンク部（２３）とを有し、互いの周縁部に
   て接合された２枚のプレート（４ａ、４ｂ、４ｃ、４
   ｄ、４ｅ）からなり、積層された複数本のチューブ（２
   Ａ、２Ｂ、２Ｃ）と、 各チューブ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の間に配され、熱伝達
   性能を向上させるフィン（３）とを有し、 前記チューブ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）内の流体通路を流れ
   る内部流体と前記チューブ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の外側
   を流れる外部流体との間で熱交換を行う熱交換器であっ
   て、 前記入口タンク部（２２）または前記出口タンク部（２
   ３）のうち、下方に配されるタンク部に形成された前記
   連通口（２４ａ、２４ｂ）よりも下方となる部分が閉塞
   部材（２７、２８）によって閉塞されていることを特徴
   とする熱交換器。
2. 【請求項２】 前記入口タンク部（２２）または前記出
   口タンク部（２３）のうち、下方に配されるタンク部
   （２２）は、前記流体通路の最下端よりも下方に配され
   ることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記入口タンク部（２２）または前記出
   口タンク部（２３）のうち、下方に配されるタンク部
   （２２）に形成された前記連通口（２４ａ、２４ｂ）の
   下側開口縁は前記流体通路の最下端よりも下方に位置す
   ることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 前記閉塞部材は、前記連通口の下側開口
   縁と前記タンク部の内壁面下面との間の空間を塞ぐこと
   を特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１つに記
   載の熱交換器。
5. 【請求項５】 前記連通口（２４ａ、２４ｂ、２５ａ、
   ２５ｂ）はプレス成形によって加工されたことを特徴と
   する請求項１ないし４のうちいずれか１つに記載の熱交
   換器。
6. 【請求項６】 前記チューブ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の前
   記入口タンク部（２２）と隣接する前記チューブ（２
   Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の前記入口タンク部（２２）とはろう
   接合され、前記チューブ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の前記出
   口タンク部（２３）と隣接する前記チューブ（２Ａ、２
   Ｂ、２Ｃ）の前記出口タンク部（２３）とはろう接合さ
   れていることを特徴とする請求項１ないし５のうちいず
   れか１つに記載の熱交換器。