JP2019060525A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】フィンを構成するフィンプレートどうしの接合強度や熱伝導性を良好にし、耐久性や熱効率の向上などを適切に図ることが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】伝熱管７と、この伝熱管７に接合されるプレート状のフィン８と、を備えており、フィン８は、伝熱管７をその両側から挟むように設定される第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂを備え、かつこれら第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂには、互いに接触して接合される接合端部８５ａ，８５ｂが設けられている、熱交換器Ａであって、接合端部８５ａ，８５ｂどうしは、これらの厚み方向において互いに重なっている。【選択図】 図５

Description

本発明は、給湯装置の構成要素などとして用いるのに好適な熱交換器に関する。

熱交換器の具体例として、特許文献１に記載のものがある。
同文献に記載の熱交換器は、伝熱管と、この伝熱管に接合された吸熱用のプレート状のフィンとを備えている。ただし、フィンは、上下複数のフィンプレートに分割されている。したがって、伝熱管にフィンを取付ける際には、複数のフィンプレートによって伝熱管をその上下から挟み付けることとなる。
従来の伝統的な手段においては、フィンに設けられた孔部に伝熱管を挿通させているが、伝熱管の形状などによっては、そのようなことが困難な場合がある。特許文献１によれば、そのような場合に好適である。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、解決すべき課題がある。

すなわち、フィンを複数のフィンプレートに分割した場合、互いに組み合わされるフィンプレートどうしを適切に接合させる必要がある。そのための手段としては、図１１に示すように、フィンプレート４ａ，４ｂの端部どうしを突き合わせ、かつこの部分をロウ付けするといったことが考えられる。
ところが、このような手段によれば、フィンプレート４ａ，４ｂの端部どうしの接触面積が小さいため、ロウ付け不良を生じ易く、十分な接合強度を得ることが難しい。したがって、熱交換器の耐久性が低くなる虞がある。また、フィンプレート４ａ，４ｂどうしの接触面積（伝熱面積）が小さいと、フィンの熱伝導に支障を来たし、熱効率の低下要因となる。したがって、このようなことを適切に解消することが望まれる。

実公昭５３−３３８８０号公報

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、フィンを構成するフィンプレートどうしの接合強度や熱伝導性を良好にし、耐久性や熱効率の向上などを適切に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。

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。

本発明の第１の側面により提供される熱交換器は、伝熱管と、この伝熱管に接合されるプレート状のフィンと、を備えており、前記フィンは、前記伝熱管をその両側から挟むように設定される第１および第２のフィンプレートを備え、かつこれら第１および第２のフィンプレートには、互いに接触して接合される接合端部が設けられている、熱交換器であって、前記第１および第２のフィンプレートの前記接合端部どうしは、これらの厚み方向において互いに重なっていることを特徴としている。

このような構成によれば、第１および第２のフィンプレートの接合端部どうしを突き合わせ当接させる場合よりも、接合端部どうしの接触面積を大きくとることができる。した
がって、ロウ付け不良などを生じ難くし、またロウ付け面積も大きくすることが可能となる。したがって、第１および第２のフィンプレートの接合強度を高め、フィンの耐久性を向上させることができる。さらに、第１および第２のフィンプレートどうしの伝熱面積も大きくできる結果、フィンの熱伝導性をよくし、熱効率の向上を図ることができる。

本発明において、好ましくは、前記伝熱管は、単一の管体部材に複数の曲げ部が設けられていることにより一体で構成された蛇行状である。

このような構成によれば、たとえば複数の直状管と曲状管とを接合して蛇行状としたタイプの伝熱管や、複数の直状管を缶体に組み付けたタイプの伝熱管などと比較すると、伝熱管の製造コストを廉価にすることが可能である。一方、フィンが、前記した第１および第２のフィンプレートに分割されていれば、前記した蛇行状の伝熱管であっても、フィンの組み付けを適切かつ容易に行なうことが可能である。

本発明において、好ましくは、前記第１および第２のフィンプレートのうち、少なくとも一方は、前記接合端部が他の部分に相対して前記厚み方向にオフセットされた形態を有し、かつこのオフセットされた接合端部の前記オフセット方向とは反対側の位置に、前記第１および第２のフィンプレートの他方の接合端部が配置されている。

このような構成によれば、第１および第２のフィンプレートの全体が、それらの厚み方向に位置ずれすることを回避しつつ、接合端部どうしの接触面積の増大を図ることが可能である。

本発明において、好ましくは、前記第１および第２のフィンプレートの前記接合端部どうしが重なった部分には、ロウ付け用のロウ材を挿入させるためのロウ材挿入孔が設けられている。

このような構成によれば、第１および第２のフィンプレートのロウ付けを、より的確に行なうことが可能である。

本発明において、好ましくは、前記フィンは、前記伝熱管が挿通する伝熱管挿通孔を形成しており、前記ロウ材挿入孔は、前記伝熱管挿通孔に連通し、または近接して設けられている。

このような構成によれば、第１および第２のフィンプレートをロウ付けするためのロウ材を利用して、フィンと伝熱管とのロウ付けも同時に行なうことが可能である。

本発明の第２の側面により提供される熱交換器は、伝熱管と、この伝熱管に接合されるプレート状のフィンと、を備えており、前記フィンは、前記伝熱管をその両側から挟むように設定される第１および第２のフィンプレートを備え、かつこれら第１および第２のフィンプレートには、互いに接触して接合される接合端部が設けられている、熱交換器であって、前記第１および第２のフィンプレートの接合端部どうしは、互いに突き合わせ当接され、かつこの当接面は、互いに嵌合する波状または凹凸状とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、接合端部を突き合わせ当接させているものの、第１および第２のフィンプレートの接合端部どうしの接触面積（接合面積・伝熱面積）を大きくすることができる。このため、本発明の第１の側面により提供される熱交換器と同様に、熱交換器の耐久性や熱効率を向上させることが可能である。

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。

本発明に係る熱交換器の一例を示す概略斜視図である。 図１に示す熱交換器の分解斜視図である。 （ａ）は、図１のIIIa−IIIa断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のIIIb−IIIb断面図である。 （ａ）は、図１に示す熱交換器を構成するフィンの部品図としての側面図であり、（ｂ）は、その分解側面図である。 （ａ）は、図４のVa−Va断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の分解断面図、（ｃ）は、図４のVc−Vc断面図である。 図１に示す熱交換器の使用例を示す要部断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の他の例を示す要部断面図である。 （ａ）は、本発明の他の例を示す要部斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面図であり、（ｃ）は、（ａ）の分解斜視図である。 図８に示した構造の熱交換器を製造する場合のロウ付け時の状態を示す正面図である。 本発明の他の例を示す側面図である。 （ａ），（ｂ）は、従来技術の一例を示す要部断面図である。

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。

図１に示す熱交換器Ａは、伝熱管７と、プレート状の複数のフィン８とを備えている。

伝熱管７は、図２に示すような蛇行状である。この伝熱管７は、単一の管体部材７’に曲げ加工による複数の曲げ部７１を設けたものである。複数の曲げ部７１と直状管体部７０とは一体である。

各フィン８は、側面視略Ｌ字状である。本実施形態の熱交換器Ａは、給湯装置の湯水加熱に利用されるものであり、たとえば図６に示すように、上部の幅が下部の幅よりも狭くされたケース５の内側に配されて使用される。フィン８は、前記した形態のケース５内にスペース効率よく配置するための手段として、側面視略Ｌ字状とされている。熱交換器Ａの下方には、バーナ（不図示）が配され、このバーナによって発生された燃焼ガスが、熱交換器Ａに向けて進行するようにされる。

図４および図５によく表われているように、フィン８は、第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂを組み合わせて構成されている。これら第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂは、銅製などの薄肉金属板にプレス加工を施して形成されたものである。第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂの互いに接近する内寄り端部Ｅａ，Ｅｂには、伝熱管７の一部を嵌入させるための凹部８０を形成する断面略半円筒状の複数のバーリング部８２、および複数の接合端部８５ａ，８５ｂが設けられている。第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂを組み合わせた場合、凹部８０は、伝熱管挿通孔８０Ａを形成するとともに、複数のバーリング部８２によって伝熱管７をその両側から挟み込むことが可能である。

接合端部８５ａ，８５ｂは、第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂを組み合わせた場合に、互いに接合される部分であるが、図５（ａ）に示すように、これらは厚み方向において互いに重ねられて接合される。この接合は、たとえばロウ付けにより図られる。
本実施形態では、接合端部８５ａ，８５ｂに段押し加工が施されており、図５（ｂ）に示すように、接合端部８５ａ，８５ｂは、第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂの厚み方向に適当な寸法Ｌａだけオフセットされている。寸法Ｌａは、たとえば第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂのそれぞれの厚みｔの１／２とされる。このことにより、第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂの全体が、これらの厚み方向に位置ずれしないようにできる。ただし、前記した寸法Ｌａの具体的な値は限定されない。

フィン８には、外側縁部を略水平状に折り曲げた折り曲げ片部８１ａ，８１ｂも設けられている。図３（ｂ）に示すように、複数のフィン８を伝熱管７に組み付けた場合、互いに隣り合うフィン８の折り曲げ片部８１ａは接触し、フィン８の相互間の隙間６が閉塞されるようにされている。図示説明は省略するが、折り曲げ片部８１ｂも同様である。これら折り曲げ片部８１ａ，８１ｂは、図６において、上向きに進行してきた燃焼ガスを衝突させ、この燃焼ガスがフィン８の上方にそのまま通過することを阻止する役割を果たす。このことにより、フィン８による熱回収量を増やすことができ、また燃焼ガスをケース５に設けられた排気口５６に円滑に導くこともできる。

本実施形態の熱交換器Ａによれば、第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂの接合端部８５ａ，８５ｂどうしが厚み方向に重なっており、これらの側面どうしを接触させることができる。したがって、それらの接触面積を大きくし、ロウ付けを適切に行なうことが可能である。このため、ロウ付け不良を解消し、また接合強度を高めることが可能である。また、第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂどうしの熱伝導性もよくなるため、熱交換器Ａの熱効率をよくすることも可能である。

図７〜図１０は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、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すこととし、重複説明は省略する。

図７（ａ）に示す構成においては、接合端部８５ａ，８５ｂのうち、一方のみを厚み方向にオフセットさせており、他方はオフセットされていない。このような構成によれば、接合端部８５ａ，８５ｂの双方をオフセットさせる場合と比較すると、段押し加工の工数を少なくする利点が得られる。前記オフセットの寸法を、第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂの厚み寸法にすれば、第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂの全体が厚み方向に位置ずれしないようにできる。

図７（ｂ）に示す構成においては、接合端部８５ａ，８５ｂのいずれもが厚み方向にはオフセットされていない。このような構成によっても、接合端部８５ａ，８５ｂの接触面積を大きくとり、本発明が意図する作用を適切に得ることが可能である。

図８に示す熱交換器Ａａにおいては、フィン８を構成する第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂに互いに重なり合う複数の接合端部８５ａ，８５ｂが設けられているが、これらの接合端部８５ａ，８５ｂには、ロウ材挿入孔８６が設けられている。ロウ材挿入孔８６は、凹部８０に連通した切欠き孔として構成されている。第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂを組み合わせた状態では、互いに対応するロウ材挿入孔８６どうしは重なり、かつこれらの開口状態が維持された状態で、伝熱管挿通孔８０Ａに連通するようになっている（なお、ロウ材挿入孔８６が、伝熱管挿通孔８０Ａに近接した配置（非連通）とすることもできる。ここで、「近接」とは、図９を参照して後述するように、ロウ材挿入孔８６を伝熱管挿通孔８０Ａに連通させた場合と同様な作用、すなわち、ロウ材を溶融させた際に、このロウ材が伝熱管７の外周に廻り込んでから接合端部８５ａ，８５ｂに到達する作用が得られるように接近している状態の意である。好ましくは、伝熱管挿通孔８０Ａに対するロウ材挿入孔８６の相対位置は各所同一となるように設定されている（た
とえば、ロウ材挿入孔８６を伝熱管挿通孔８０Ａの右隣の位置に統一するなど）。

熱交換器Ａａを製造する際のロウ付け作業は、熱交換器Ａａを図９に示す姿勢に設定して行なう。ロウ材挿入孔８６には、棒状のロウ材９を挿入しておく。図９に示す姿勢では、ロウ材９の真下に伝熱管７が位置し、かつこの伝熱管７の真下に接合端部８５ａ，８５ｂが位置している。このため、加熱によりロウ材９を溶融させると、このロウ材９は、伝熱管７の外周を廻り込んで通過した後に、接合端部８５ａ，８５ｂにも到達する。したがって、伝熱管７に対するフィン８のロウ付けと、接合端部８５ａ，８５ｂどうしのロウ付けとを、共通のロウ材９を用いて効率よく行なうことが可能である。

図１０に示す実施形態においては、第１および第２のフィンプレート８ａ，８ｂの接合端部８５ａ，８５ｂどうしは、突き合わせ当接とされている。ただし、その当接面（先端面）は、互いに嵌合する波状とされている。ただし、波状以外の凹凸状とすることもできる。

本実施形態によれば、接合端部８５ａ，８５ｂが突き合わせ当接とされているものの、その当接面が凹凸状とされていることにより、当接面どうしの接触面積を大きくすることができる。したがって、先の実施形態と同様な効果が得られる。

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において種々に設計変更自在である。

伝熱管は、複数の管体部材を接合して構成されたものでもよく、また蛇行状以外の形態（単なる直管状のものなど）とすることもできる。フィンの形態も、側面視略Ｌ字状や矩形状に限らず、これ以外の種々の形態とすることができる。厚み方向において互いに重ねられる接合端部の面積は、できるだけ広くすることが好ましいものの、その具体的なサイズ、数、位置などは限定されない。本発明においては、接合端部が厚み方向において重ねられている構成と、接合端部が突き合わせ接合されている構成とが混在したかたちで設けられていてもよい。接合端部が複数設けられている場合、それらのうちの少なくとも１つが、本発明の意図する構成に該当すれば、本発明の技術的範囲に属する。
本発明に係る熱交換器は、給湯装置用以外の用途に用いることもできる。

Ａ，Ａａ，Ａｂ 熱交換器
７ 伝熱管
８ フィン
８ａ，８ｂ 第１および第２のフィンプレート
８０Ａ 伝熱管挿通孔
８５ａ，８５ｂ 接合端部
８６ ロウ材挿入孔

Claims (6)

1. 伝熱管と、この伝熱管に接合されるプレート状のフィンと、を備えており、
   前記フィンは、前記伝熱管をその両側から挟むように設定される第１および第２のフィンプレートを備え、かつこれら第１および第２のフィンプレートには、互いに接触して接合される接合端部が設けられている、熱交換器であって、
   前記第１および第２のフィンプレートの前記接合端部どうしは、これらの厚み方向において互いに重なっていることを特徴とする、熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記伝熱管は、単一の管体部材に複数の曲げ部が設けられていることにより一体で構成された蛇行状である、熱交換器。
3. 請求項１または２に記載の熱交換器であって、
   前記第１および第２のフィンプレートのうち、少なくとも一方は、前記接合端部が他の部分に相対して前記厚み方向にオフセットされた形態を有し、かつこのオフセットされた接合端部の前記オフセット方向とは反対側の位置に、前記第１および第２のフィンプレートの他方の接合端部が配置されている、熱交換器。
4. 請求項１ないし３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のフィンプレートの前記接合端部どうしが重なった部分には、ロウ付け用のロウ材を挿入させるためのロウ材挿入孔が設けられている、熱交換器。
5. 請求項４に記載の熱交換器であって、
   前記フィンは、前記伝熱管が挿通する伝熱管挿通孔を形成しており、
   前記ロウ材挿入孔は、前記伝熱管挿通孔に連通し、または近接して設けられている、熱交換器。
6. 伝熱管と、この伝熱管に接合されるプレート状のフィンと、を備えており、
   前記フィンは、前記伝熱管をその両側から挟むように設定される第１および第２のフィンプレートを備え、かつこれら第１および第２のフィンプレートには、互いに接触して接合される接合端部が設けられている、熱交換器であって、
   前記第１および第２のフィンプレートの接合端部どうしは、互いに突き合わせ当接され、かつこの当接面は、互いに嵌合する波状または凹凸状とされていることを特徴とする、熱交換器。