JP2011131230A - 熱交換器における金属管の接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】金属板に形成された接続孔に金属管をロウ付けして接続する接続構造において、接続孔にステンレス管の端部を差し込んでロウ付けする場合に十分な強度を得ることと、作業性を改善すること。
【解決手段】本発明に係る金属管の接続構造は、金属板に形成された接続孔に金属管をロウ付けして接続する接続構造において、前記金属板の一面側から、前記金属管の端部を前記接続孔に挿入して他面側から突出させ、前記突出した金属管の端部に、抜け止め爪が形成された金属介在部材を嵌め込み、前記接続孔の周囲と、前記金属介在部材と、前記金属管とが近接する領域にロウ材を溶融させて、前記金属管を前記金属板に固定して構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板に形成された接続孔に金属管をロウ付けして接続する接続構造に関するものである。

図８に示した給湯器は、器具本体内の下方にはガス供給管１７から供給されるガスを燃焼させるガスバーナ１１が配設され、このガスバーナ１１の上方には、前記ガスバーナ１１の燃焼排気の顕熱を吸収する１次熱交換器１０が配設され、この１次熱交換器１０のさらに上方には、１次熱交換後の排気に含まれる潜熱を吸収する２次熱交換器２０が配設されている。
さらに、器具本体の最下部には外気を導入して、前記ガスバーナ１１の燃焼用空気として前記ガスバーナ１１に供給する吸気ファン１２を備えている。
上記ガスバーナ１１、１次熱交換器１０、２次熱交換器２０、吸気ファン１２は器具本体のケーシング内に収容されている。前記ケーシングの下部には吸気口１３が開口し、上部には排気口１４が開口している。

外部から導入された給水は、前記２次熱交換器２０内に配設されたステンレス管２２を流れる間に潜熱で加温され、さらに、前記１次熱交換器１０内に配設された銅管１０１を流れる間に顕熱でさらに加熱されて、給湯出口１６から、浴室や台所のカラン等へ送られる。

前記２次熱交換器２０は、１次熱交換後の排気が導入される箱型のケーシング２１の内部にステンレス管２２が屈曲された状態で収容されており、前記ステンレス管２２は、表面積を大きくするために蛇腹状の凹凸が形成されたフレキシブル管が採用されている。
また、前記ケーシング２１の一側面は前記ステンレス管が接続されている側板２３で閉塞され、上面と下面とには排気の流出と流入のために開口２３１、２３２が形成されている。
前記側板２３には、流入側ヘッダ３と流出側ヘッダ４とが形成され、前記ステンレス管２２の一端は前記流入側ヘッダ３内に開口し、他端は前記流出側ヘッダ４内に開口している。

前記流入側ヘッダ３におけるステンレス管２２の従来の接続構造を、図９を参照して説明する。
図においては、前記流入側ヘッダ３を例にとって説明したが、流出側ヘッダ４も同様の構造であるので、その説明は省略する。
前記流入側ヘッダ３は、前記側板２３に形成された凹部３１と、この凹部３１を覆うように固定された蓋３２とを備えている。
前記凹部３１に形成された接続孔３１１には複数のステンレス管２２のそれぞれが１本ずつ挿入されてロウ付けにより接続され、前記蓋３２には給水配管１５が接続され、前記蓋３２は前記側板２３にロウ付けされている。
このような構成の流入側ヘッダ３によって、給水配管１５から供給される給水が、複数のステンレス管２２に分配されるように構成されている。
なお、流出側ヘッダ４の凹部には、前記複数のステンレス管の流出側の一端がそれぞれ接続され、流出側ヘッダ４で、複数のステンレス管に分岐して加温された給水が再び合流して、前記１次熱交換器１０へ供給されるように構成されているのである。

特開２００５-２７４０２８号公報

上記構成の２次熱交換器２０において、前記流入側ヘッダ３および流出側ヘッダ４に設けた接続孔３１１に、ステンレス管２２の端部を差し込んでロウ付けしてなる接続構造では、接続孔３１１とステンレス管２２との接続部の総面積および両者の接続部に介在して両者を接続するロウ材の体積が少ないため、接続部の強度が十分でなく、ウォーターハンマー等の影響により漏水が発生する危険性の問題や、ロウ材のまわりが十分でなくロウ付けが不十分になる危険性の問題があった。
また、上記構成の２次熱交換器２０を製造する過程において、前記流入側ヘッダ３および流出側ヘッダ４に設けた接続孔３１１に、ステンレス管２２の端部を差し込んでロウ付けする作業では、ロウ付け前のステンレス管２２が接続孔３１１から抜け落ちやすいため、抜け落ちないように支えながらロウ付け作業をしなければならないという作業性の問題があった。

以上の問題に鑑みて、本発明においては、金属板に形成された接続孔に金属管をロウ付けして接続する接続構造において、接続孔にステンレス管の端部を差し込んでロウ付けする場合に十分な強度を得ることと、作業性を改善することを目的としている。

本発明に係る金属管の接続構造の請求項１は、
金属板に形成された接続孔に金属管をロウ付けして接続する接続構造において、
前記金属板の一面側から、前記金属管の端部を前記接続孔に挿入して他面側から突出させ、
前記突出した金属管の端部に、抜け止め爪が形成された金属介在部材を嵌め込み、
前記接続孔の周囲と、前記金属介在部材と、前記金属管とが近接する領域にロウ材を溶融させて、前記金属管を前記金属板に固定して構成されている。
請求項２では、
熱交換器におけるケーシングの側板に形成されたヘッダの凹部へ、金属管をロウ付けして接続する接続構造において、
前記凹部に形成した接続孔に前記金属管の端部を挿入してヘッダ空間へ突出させ、
前記突出した金属管の端部に、抜け止め爪が形成された金属介在部材を嵌め込み、
前記接続孔の周囲と、前記金属部材と、前記金属管とが近接する領域にロウ材を溶融させて、前記金属管を前記ヘッダの凹部に固定してなることを特徴としている。
請求項３では、
前記金属介在部材は、外縁が前記接続孔より広く形成され、内縁の一部分が前記金属管の外周より狭く形成されていることを特徴としている。
請求項４では、
前記金属介在部材は、前記金属管に嵌め込んだ状態において、内周の一部分が前記金属管の外周面を押圧した状態で当設し、内周の他の部分と前記金属管の外周面との間に隙間が形成されることを特徴としている。
請求項５では、
前記金属介在部材の外縁には平面円板状の板部が形成され、内縁には抜け止め爪が形成されていることを特徴としている。
請求項６では、
前記金属介在部材は、外縁には平面状の板部が形成され、内縁には抜け止め爪が形成されていることを特徴としている。
請求項７では、
前記板部と前記抜け止め爪とは外力がかからない状態ではほぼ同一平面を形成し、
金属管の挿入によって弾性変形を受けることによって、前記抜け止め爪が起き上がって、金属管の外周に当設して抜け止めを構成することを特徴としている。
請求項８では、
前記金属介在部材は、外縁には平面円板状の板部が形成され、内縁には中心に向かって弾性付勢された押圧部が形成されていることを特徴としている。
請求項９では、
前記金属介在部材は、外縁に形成された平面円板状の板部は、一部が切り欠かれた円弧状に形成されていることを特徴としている。

なお、金属管としては、ステンレス管やチタン管を採用することができる。これらの金属管は、表面積を大きくするために多数の凸条と溝とを交互に形成した蛇腹状のフレキシブル管とすることが好ましい。

本発明の請求項１では、
金属板に形成された接続孔に金属管をロウ付けして接続する接続構造において、
前記金属板の一面側から、前記金属管の端部を前記接続孔に挿入して他面側から突出させ、
前記突出した金属管の端部に、抜け止め爪が形成された金属介在部材を嵌め込み、
前記接続孔の周囲と、前記金属介在部材と、前記金属管とが近接する領域にロウ材を溶融させて、前記金属管を前記金属板に固定してなる構成であるので、ロウ付け前の状態でも君続管が抜け落ちることが防止できて、作業性が良い。
請求項２では、熱交換器におけるケーシングの側板に形成されたヘッダの凹部に接続孔を形成し、この接続孔に挿入した端部に、抜け止め爪が形成された金属介在部材を嵌め込んでからロウ付けするので、ロウ付け前の状態でも君続管が抜け落ちることが防止できて、作業性が良い。
また、前記接続孔の周囲と、前記金属部材と、前記金属管とが近接する領域にロウ材を溶融させるので、金属管のロウ付け部分の強度が増し、水撃等の外力がかかっても亀裂が入りにくく接続部の信頼性が向上する。
請求項３では、前記金属介在部材は、外縁が前記接続孔より広く形成されているので、金属介在部材は接続孔の周囲に確実にロウ付けされる。また、金属介在部材の内縁の一部分が前記金属管の外周より狭く形成されているので、金属管に差し込んだときに、弾性変形を受けながら差し込まれ、金属介在部材に形成された抜け止め爪が、金属管の外周に引っ掛かるので、ロウ付け前の状態でも、金属管が抜け落ちることは防止される。
請求項４では、前記金属介在部材は、前記金属管に嵌め込んだ状態において、内縁の一部分が前記金属管の外周面を押圧した状態で当設し、内縁の他の部分と前記金属管の外周面との間に隙間が形成されるので、前記隙間にもロウ材が回り込み、さらに確実なロウ付けが可能となる。
請求項５では、前記金属介在部材の外縁には平面円板状の板部が形成され、内縁には抜け止め爪が形成されているので、前記板部でケーシングに接続され、前記抜け止め爪で金属管を保持することができる。
請求項６では、前記金属介在部材は、外縁には平面状の板部が形成され、内縁には抜け止め爪が形成されているので、前記板部は円形に限らず平面状であればよい。
請求項７では、前記板部と前記抜け止め爪とは外力がかからない状態ではほぼ同一平面を形成し、金属管の挿入によって弾性変形を受けることによって、前記抜け止め爪が起き上がって、金属管の外周に当設して抜け止めを構成するように構成されているので、外力がかからない保管状態では保管スペースを節減できる。
請求項８では、前記金属介在部材は、外縁には平面円板状の板部が形成され、内縁には中心に向かって弾性付勢された押圧部が形成されているので、抜け止め爪が起き上がらない構造の金属介在部材であっても内側の金属管を保持することができる。
請求項９では、前記金属介在部材は、外縁に形成された平面円板状の板部は、一部が切り欠かれた円弧状に形成されているので、Ｃ型のワッシャに類似した形状とすることもできる。

本発明に係る熱交換器における金属管の接続構造を実施する熱交換器の側面断面図である。 前記熱交換器の要部であるヘッダの凹部の接続孔を説明する断面図である。 図２の接続孔にステンレス管を差し込んだ状態の断面図である。 ステンレス管の端部に嵌め込むワッシャの平面図である。 図３のステンレス管に、図４のワッシャを嵌め込んだ状態の断面図である。 図５の状態をロウ付けした状態の断面図である。 種々の形態の金属介在部材の平面図である。 本発明および従来例の給湯器の概略構造を説明する断面図である。 従来例の熱交換器の断面図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、給湯器の熱交換器における金属管の接続構造を例にとって、その図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の実施の形態における金属管の接続構造は、図８に示した従来のものと同様に、２次熱交換器を備えた給湯器１に採用することが可能であり、
ガスバーナ１１、１次熱交換器１０、２次熱交換器２０、吸気ファン１２、ケーシング２１、吸気口１３、排気口１４、ステンレス管２２、銅管１０１を含んだ基本的な構成については、図８、９と同様であるので、その基本的な構成についての説明は省略し、２次熱交換器２０について説明する。

２次熱交換器２０は図１に示したように、
１次熱交換後の排気が導入される箱型のケーシング２１の内部にステンレス管２２が屈曲された状態で収容されており、前記ステンレス管２２は、表面積を大きくするために蛇腹状の凹凸が形成されたフレキシブル管が採用されている。
また、前記ケーシング２１の一側面は前記ステンレス管２２が接続されている側板２３で閉塞され、上面と下面とには排気の流出と流入のために開口２３１、２３２が形成されている。
前記側板２３には、流入側ヘッダ３と流出側ヘッダ４とが形成され、前記ステンレス管２２の一端は前記流入側ヘッダ３内に開口し、他端は前記流出側ヘッダ４内に開口している。
前記ステンレス管に代えてチタン管等の他の耐蝕性の優れた金属管を使用することも可能である。

前記流入側ヘッダ３は、熱交換器２のケーシング２１の側板２３に形成された凹部３１と、この凹部３１を覆うように固定された蓋３２とを備えている。
前記蓋３２は鍔状のフランジが形成されており、後述するステンレス管がロウ付けされた後に、このフランジを前記凹部のまわりの側板の表面にロウ付けすることによって、水密状態のヘッダを形成する。
なお、ここでは、前記流入側ヘッダ３を例にとって説明するが、流出側ヘッダ４も同様の構造であるので、その説明は省略する。

前記凹部３１に形成された接続孔３１１には複数のステンレス管２２のそれぞれが１本ずつ挿入されて、抜け止め爪が形成されたワッシャ７を嵌め込んだ状態でロウ付けにより接続され、前記蓋３２には給水配管１５が接続され、前記蓋３２は前記側板２３にロウ付けされている。
このような構成の流入側ヘッダ３によって、給水配管１５から供給される給水が、複数のステンレス管２２に分配されるように構成されている。
なお、流出側ヘッダ４の凹部には、前記複数のステンレス管２２の流出側の一端がそれぞれ接続され、流出側ヘッダ４では、複数のステンレス管２２に分岐して加温された給水が再び合流して、前記１次熱交換器１０へ供給されるように構成されているのである。

次に、本発明の特徴であるヘッダにおけるステンレス管のロウ付け構造について、手順を追って説明する。
背景技術でも説明したように、ヘッダの凹部３１の底面には、図２に示したように、複数の接続孔３１１が形成されている。
次に、図３に示したように、前記接続孔３１１にステンレス管２２の端部を挿入し、図４に示したような抜け止めの爪７１の形成されたワッシャ７を、図５に示したように、ヘッダの内部空間に突出している端部に嵌め込む。
複数のステンレス管２２の全てを同様にヘッダの底面に形成された各接続孔３１１にそれぞれ１本ずつ差し込んで、ヘッダの内部空間に突出した各端部に、抜け止めの爪７１の形成されたワッシャ７をそれぞれ嵌め込む。
なお、流出側ヘッダ４においても流入側ヘッダ３と同様に、複数のステンレス管２２の全てをヘッダの底面に形成された各接続孔３１１にそれぞれ１本ずつ差し込んで、ヘッダの内部空間に突出した各端部に、抜け止めの爪７１の形成されたワッシャ７をそれぞれ嵌め込む。
前記ワッシャ７は、特許請求の範囲に記載された金属介在部材に相当する構成であり、ワッシャに限らず、抜け止め爪が形成され、前記金属管の端部に嵌め込む事が可能な金属製の部材であれば、形状は特に限定しない。

図５に示したように、差し込んだステンレス管２２の端部に爪７１が形成されたワッシャ７を嵌め込んだ状態では、抜け止め方向に形成された爪７１の先の歯状部材７１１に、ステンレス管２２の周囲が引っ掛かり、ロウ付けする前の状態であっても、ステンレス管２２がヘッダから抜け落ちることが防止できる。

次に、図５に示した状態でロウ付けすると、ロウ材は、ワッシャの爪の表面とステンレス管との間、ワッシャの爪の裏側の空間、ワッシャの裏側と即板の隙間、側板の裏側とステンレス管の表面に回り込み、図６に示したような状態になって、ステンレス管と側板とは確実・強固に接続・固定されるのである。
このようにして、ロウ付けに供されるロウ材の体積が大きくなるので、より確実なロウ付けが実現され、接続部の強度が増す。
また、ロウ材が側板の裏面まで十分に回るので、より確実なロウ付けが実現できる。

次に、本発明に用いられる金属介在部材（ワッシャ）の種類を、図７を参照して説明する。
図７に示した金属介在部材７Ａは、外縁の形状が円形のものであり、内縁には複数の抜け止め爪が形成された形状の種類である。
図７に示した金属介在部材７Ｂは、外縁の形状が矩形のものであり、内縁には複数の抜け止め爪が形成された形状の種類である。
図７に示した金属介在部材７Ｃは、外力がかからない状態では抜け止め爪が立ち上がらず、板部とほぼ同一平面を形成し、金属管の挿入によって弾性変形を受けることによって、前記抜け止め爪が起き上がって、金属管の外周に当設して抜け止めを構成する種類である。
図７に示した金属介在部材７Ｄは、前記金属介在部材の内縁には中心に向かって弾性付勢された押圧部が形成されている種類である。
図７に示した金属介在部材７Ｅは、外縁に形成された平面円板状の板部は、一部が切り欠かれた円弧状に形成されている種類である。

本発明に係る接続構造は、熱交換器における金属管の接続構造に限らず、金属板に形成された接続孔に金属管をロウ付けして接続する接続構造に広く応用することができる。

１ 給湯器
１１ ガスバーナ、
１０ １次熱交換器、
２０ ２次熱交換器、
２１ ケーシング、
２２ ステンレス管、
１０１ 銅管
２３ 側板
３ 流入側ヘッダ
４ 流出側ヘッダ
５ 凹部
６ 蓋
６１ フランジ
７ ワッシャ
７１ 抜け止め爪
７２ 板部

Claims (9)

1. 金属板に形成された接続孔に金属管をロウ付けして接続する接続構造において、
   前記金属板の一面側から、前記金属管の端部を前記接続孔に挿入して他面側から突出させ、
   前記突出した金属管の端部に、抜け止め爪が形成された金属介在部材を嵌め込み、
   前記接続孔の周囲と、前記金属介在部材と、前記金属管とが近接する領域にロウ材を溶融させて、前記金属管を前記金属板に固定してなることを特徴とする金属管の接続構造。
2. 熱交換器におけるケーシングの側板に形成されたヘッダの凹部へ、金属管をロウ付けして接続する金属管の接続構造において、
   前記凹部に形成した接続孔に前記金属管の端部を挿入してヘッダ空間へ突出させ、
   前記突出した金属管の端部に、抜け止め爪が形成された金属介在部材を嵌め込み、
   前記接続孔の周囲と、前記金属介在部材と、前記金属管とが近接する領域にロウ材を溶融させて、前記金属管を前記ヘッダの凹部に固定してなることを特徴とする金属管の接続構造。
3. 前記金属介在部材は、外縁が前記接続孔より広く形成され、内縁の一部分が前記金属管の外周より狭く形成されていることを特徴とする請求項１乃至２に記載の金属管の接続構造。
4. 前記金属介在部材は、前記金属管に嵌め込んだ状態において、内縁の一部分が前記金属管の外周面を押圧した状態で当設し、内縁の他の部分と前記金属管の外周面との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項１乃至３に記載の金属管の接続構造。
5. 前記金属介在部材の外縁には平面円板状の板部が形成され、内縁には抜け止め爪が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の金属管の接続構造。
6. 前記金属介在部材は、外縁には平面状の板部が形成され、内縁には抜け止め爪が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の金属管の接続構造。
7. 前記板部と前記抜け止め爪とは外力がかからない状態ではほぼ同一平面を形成し、
   金属管の挿入によって弾性変形を受けることによって、前記抜け止め爪が起き上がって、金属管の外周に当設して抜け止めを構成することを特徴とする請求項５乃至６に記載の金属管の接続構造。
8. 前記金属介在部材は、外縁には平面円板状の板部が形成され、内縁には中心に向かって弾性付勢された押圧部が形成されていることを特徴とする請求項５乃至６に記載の金属管の接続構造。
9. 前記金属介在部材は、外縁に形成された平面円板状の板部が、一部が切り欠かれた円弧状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の金属管の接続構造。
   

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