JP2020148360A

JP2020148360A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2020148360A
Application number: JP2019044333A
Authority: JP
Inventors: 竹年田村; Taketoshi Tamura; 阿部　進; Susumu Abe; 進阿部; 諒弥及川; Ryoya Oikawa
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2020-09-17

Abstract

【課題】ドラムの歪みを抑え、ドラムパイプのロウ付けを均一に行うことができる熱交換器を提供する。【解決手段】角筒状のドラム２の一方側に、所定の間隔で配列された複数のフィン５と、フィン５を貫通するフィンパイプ６とを有する吸熱部３を備えると共に、他方側に、内部に燃焼室が形成された燃焼胴８と、燃焼胴８の外周面に螺旋状に巻回されフィンパイプ６と連通するドラムパイプ９とを有する胴部４とを備え、ドラムパイプ９が燃焼胴８の外周面にロウ付け接合される熱交換器１において、燃焼胴８に、燃焼胴８壁面から外方に向かって突出するビード１２、１３を設け、ビード１２、１３は、ドラムパイプ９を挟み込むようにドラムパイプ９の上下に位置させた。【選択図】図１

Description

本発明は、給湯機等に用いる熱交換器に関するものである。

従来この種のものでは、板材を折り曲げて角筒状に形成したドラムの一方側に、複数のフィンとフィンを貫通するフィンパイプとを有する吸熱部と、角筒状のドラムの他方側に、内部に燃焼室が形成された燃焼胴と、燃焼胴の外周面に螺旋状に巻回されフィンパイプと連通するドラムパイプとを有する胴部とを備え、ドラムパイプが燃焼胴にロウ付け接合される熱交換器があった。（例えば、特許文献１参照。）

特開平９−２９２１６０号公報

ところで、この従来のものは、板材を折り曲げて板材の端部同士を溶接することで角筒状のドラムを形成しており、ドラムパイプを燃焼胴にロウ付けする等、必要箇所をロウ付け接合するために加熱炉中でドラムが加熱されると、内部が空洞となっている燃焼胴は熱膨張により波打つように歪んでしまう。

そうすると、燃焼胴とドラムパイプとの間の隙間が不均一となり、燃焼胴に対してドラムパイプのロウ付けが均等に行われないことになる。ドラムパイプには内部を流れる被加熱流体の作用でドラムの冷却を行う役割があるため、歪みによって燃焼胴に対してドラムパイプのロウ付けがしっかり行われないと、ドラムの冷却効果が低減してしまうという問題を有するものであった。

本発明は上記課題を解決するために、請求項１では、角筒状のドラムの一方側に、所定の間隔で配列された複数のフィンと、該フィンを貫通するフィンパイプとを有する吸熱部を備えると共に、他方側に、内部に燃焼室が形成された燃焼胴と、該燃焼胴の外周面に螺旋状に巻回され前記フィンパイプと連通するドラムパイプとを有する胴部とを備え、前記ドラムパイプが前記燃焼胴の外周面にロウ付け接合される熱交換器において、前記燃焼胴に、前記燃焼胴壁面から外方に向かって突出するビードを設け、前記ビードは、前記ドラムパイプを挟み込むように前記ドラムパイプの上下に位置させるものとした。

また、請求項２では、前記ビードは、前記ドラムパイプの上側に位置する上ビードおよび前記ドラムパイプの下側に位置する下ビードからなり、前記ドラムパイプは下り勾配をなして前記燃焼胴の外周面に巻回され、前記上ビードおよび前記下ビードは、一端側から他端側に向かって前記ドラムパイプに沿って下り勾配をなすように形成され、前記下ビードの前記他端には、水平をなす、または、上り勾配をなす勾配変更部を設けるものとした。

この発明の請求項１によれば、燃焼胴壁面から外方に向かって突出するビードを設けたことで、燃焼胴が補強され、燃焼胴の熱膨張による歪みを抑制することができる。

さらに、ビードは、ドラムパイプを挟み込むようにドラムパイプの上下に位置させたことで、燃焼胴の歪みを抑制して燃焼胴とドラムパイプとの隙間が略均一となり、燃焼胴に対してドラムパイプのロウ付けが均等に行われる。その上、燃焼胴とドラムパイプとの間に溶融したロウ材が留まりやすく、ロウ材を介した燃焼胴とドラムパイプとの伝熱面が増加するので、ドラムパイプの内部を流れる被加熱流体による燃焼胴、ドラムの冷却効果が向上するものである。

また、請求項２によれば、ビードは、ドラムパイプの上側に位置する上ビードおよびドラムパイプの下側に位置する下ビードからなり、ドラムパイプは下り勾配をなして燃焼胴の外周面に巻回され、上ビードおよび下ビードは、一端側から他端側に向かってドラムパイプに沿って下り勾配をなすように形成され、下ビードの他端には、水平をなす、または、上り勾配をなす勾配変更部を設けたことで、下ビードの他端からのロウ材の流れ落ちを抑制し、ロウ材を上ビードと下ビードの間にある燃焼胴とドラムパイプとの接合部分に留まりやすくすることができる。

本発明の一実施形態の熱交換器の概略構成図。図１におけるＡ−Ａ断面部分拡大図。燃焼胴にドラムパイプをロウ付け接合する場面を説明する図。ロウ付け時のロウの流れを表した図。本発明の他の実施形態の熱交換器の概略構成図。

次に、この発明の一実施形態の熱交換器１の構成について、図面に基づき説明する。この熱交換器１は給湯機等に備えられ、給湯用の熱交換器、風呂用の熱交換器、または暖房用の熱交換器等として用いることができるものである。

２は板金材を折り曲げて角筒状に形成したドラムで、熱交換器１を構成するものであり、板金材を折り曲げて板金材の端部同士を溶接することで角筒状をなすものである。

前記ドラム２は、吸熱部３と胴部４とを備えている。前記吸熱部３は、ドラム２の一方側に位置し、所定の間隔で配列された複数のフィン５と、フィン５を貫通するフィンパイプ６とを有し、バーナ７の燃焼により発生した燃焼ガスから熱回収しフィンパイプ６内を流れる被加熱流体（例えば水等）を加熱するものである。なお、バーナ７は送風ファン（図示せず）からの燃焼用空気の供給を受けて燃料（ガス、灯油等）を燃焼させるものである。

前記胴部４は、ドラム２の他方側（吸熱部３と反対側）に位置し、内部にバーナ７の燃焼が行われる燃焼室が形成された燃焼胴８と、燃焼胴８の外周面に螺旋状に巻回され、フィンパイプ６と連通するドラムパイプ９とを有する。ドラムパイプ９は、内部を流れる被加熱流体（例えば水）でドラム２（燃焼胴８）の冷却を行う作用があり、冷却効果を高めるためにドラム２（燃焼胴８）とはロウ付け接合されている。また、ドラムパイプ９内部を流れる被加熱流体はドラム２（燃焼胴８）からの熱で加熱され、フィンパイプ６内に流入する。

１０はドラム２上端の上フランジ、１１はドラム２下端の下フランジである。図１では熱交換器１とバーナ７とを説明のため離して図示しているが、実使用の形態としてはバーナ７は上フランジ１０に固定されている。なお、バーナ７から遠い方（ドラム２の一方側）に吸熱部３が位置し、バーナ７に近い方（ドラム２の他方側）に胴部４が位置する。

前記燃焼胴８には、プレス加工等により形成され、燃焼胴８壁面から外方に向かって突出するビードとして、上ビード１２および下ビード１３が設けられており、上ビード１２はドラムパイプ９の上側に位置し、下ビード１３はドラムパイプ９の下側に位置しており、ビード１２、１３は、ドラムパイプ９を挟み込むようにドラムパイプ９の上下に位置している。燃焼胴８に上ビード１２および下ビード１３を設けたことで、燃焼胴８が補強され、ドラム２（燃焼胴８）の熱膨張による歪みを抑制することができる。

前記ドラムパイプ９は下り勾配をなして燃焼胴８の外周面に巻回されており、上ビード１２および下ビード１３は、一端側（高さ位置が高い側）から他端側（高さ位置が低い側）に向かってドラムパイプ９の下り勾配と略平行な下り勾配をなし、ドラムパイプ９に沿うように、ドラムパイプ９と略平行に燃焼胴８壁面に形成されている。

図１において、ドラムパイプ９の裏側に位置する上ビード１２および下ビード１３の形状をわかりやすくするために、ドラムパイプ９（最下段のドラムパイプ９）の一部を破線で示している。破線で示されたドラムパイプ９と上ビード１２との関係から分かるように、上ビード１２は、正面視で、ドラムパイプ９の上端面に重なって見える位置に形成され、下ビード１３は、正面視で、ドラムパイプ９の下端面に重なって見える位置に形成されている。

また、下ビード１３の他端には、それまでの下り勾配から勾配の向きが変更され、上り勾配をなす勾配変更部１４が設けられている。図１では、勾配変更部１４は上り勾配をなすものとしているが、勾配変更部１４は、それまでの下り勾配から勾配の向きが変更され、水平をなすものであってもよい。

図２（図１におけるＡ−Ａ断面拡大図）に示すように、燃焼胴８において上ビード１２と下ビード１３との間には凹部１５が形成され、上ビード１２、凹部１５、下ビード１３によってドラムパイプ９の外周円弧面に沿うような凹面が連続的に形成されており、ドラムパイプ９は、凹部１５に嵌まり込むように位置しロウ材１６を介して燃焼胴８に接合される。

次に、燃焼胴８にドラムパイプ９がロウ付け接合される場面について、図３、図４を用いて説明する。

図３に示すように、ドラムパイプ９を燃焼胴８の凹部１５に配置し、ロウ材１６（ロウ棒）を燃焼胴８の接合面とドラムパイプ９の外周円弧面との間に載置し、この状態で熱交換器１を加熱炉内に入れて加熱することで燃焼胴８に対するドラムパイプ９のロウ付けが行われる。

この加熱工程でロウ材１６が溶融し、燃焼胴８に対しドラムパイプ９がロウ付けされることになるが、本実施形態では、ドラムパイプ９を挟み込むようにドラムパイプ９の上側に上ビード１２が設けられると共に、ドラムパイプ９の下側に下ビード１３が設けられ、上ビード１２と下ビード１３の間に形成される凹部１５にドラムパイプ９が嵌まり込むように位置することで、比較例のように燃焼胴８にビードが形成されていないものに比べ、燃焼胴８の熱膨張による歪みを抑制することができ、燃焼胴８の歪みを抑制できることから、燃焼胴８とドラムパイプ９との隙間が略均一となり、燃焼胴８に対してドラムパイプ９のロウ付けが均等に行われるものである。

さらに、ドラムパイプ９を挟み込むようにドラムパイプ９の上側に上ビード１２が設けられると共に、ドラムパイプ９の下側に下ビード１３が設けられ、上ビード１２と下ビード１３の間に形成される凹部１５にドラムパイプ９が嵌まり込むように位置することで、燃焼胴８とドラムパイプ９との間に溶融したロウ材１６が留まりやすくなり、比較例のように燃焼胴８にビードが設けられていないものに比べ、ロウ材１６を介した燃焼胴８とドラムパイプ９との伝熱面が増加するので（実施形態の伝熱面ａ＞比較例の伝熱面ｂ）、ドラムパイプ９の内部を流れる被加熱流体（水）による燃焼胴８の冷却効果、ひいてはドラム２の冷却効果が向上し、ドラム２表面温度を確実に低減させることができる。

また、加熱炉で溶融したロウ材１６のロウの流れとしては、図４に示すように、上ビード１２から下方（鉛直方向）に向かって流れて下ビード１３に到達するロウの流れと、下ビード１３の下り勾配に沿うように流れるロウの流れとが存在するが、本実施形態では、下ビード１３の他端（下ビード１３のうち高さ位置が低い側であって、溶融したロウの流れ最下流側）に、それまでの下り勾配から勾配の角度が変更される勾配変更部１４が設けられているため、下ビード１３の他端からのロウ材１６の流れ落ちを抑制し、ロウ材１６を上ビード１２と下ビード１３の間にある燃焼胴８とドラムパイプ９との接合部分に留まりやすくすることができる。上記勾配変更部１４の勾配としては、水平でもよいが、下ビード１３の他端からのロウ材１６の流れ落ちをより抑制するために、上り勾配とすることが望ましい。

なお、本発明は一実施形態に限定されるものではなく、本実施形態では、バーナ７が熱交換器１より上方に設けられ、熱交換器１を通過する燃焼ガスの流れが、上から下に向かって流れるような、いわゆる逆燃式のものとしたが、図５に示すように、バーナ７が熱交換器１より下方に設けられ、熱交換器１を通過する燃焼ガスの流れが、下から上に向かって流れるようなものであってもよく、この場合は、バーナ７は下フランジ１１に固定され、バーナ７から遠い方に吸熱部３が位置し、バーナ７に近い方に胴部４が位置する。図５に示すような実施形態であっても、ドラムパイプ９を挟み込むようにドラムパイプ９の上側に上ビード１２が設けられると共に、ドラムパイプ９の下側に下ビード１３が設けられる構成、さらに、下ビード１３の他端（下ビード１３のうち高さ位置が低い側であって、溶融したロウの流れ最下流側）に、勾配変更部１４が設けられる構成は、先に説明した図１に示す実施形態と同様であり、この構成を有することにより発揮される効果も同様である。

また、本実施形態では、ビード（上ビード１２、下ビード１３）を、ドラムパイプ９を挟み込むようにドラムパイプ９の上下に位置させ、下り勾配をなすドラムパイプ９と略平行に燃焼胴８壁面に設けたものとしたが、ビード（上ビード１２、下ビード１３）は、略水平なドラムパイプ９を挟み込むようにドラムパイプ９の上下に位置させ、水平をなすドラムパイプ９と略平行に燃焼胴８壁面に設けたものであってもよく、この場合も先に説明したのと同様に、燃焼胴８の熱膨張による歪みの抑制、燃焼胴８に対するドラムパイプ９の均等なロウ付け、ドラム２表面温度の確実な低減という効果を発揮することができるものである。

１熱交換器
２ドラム
３吸熱部
４胴部
５フィン
６フィンパイプ
８燃焼胴
９ドラムパイプ
１２上ビード
１３下ビード
１４勾配変更部

Claims

角筒状のドラムの一方側に、所定の間隔で配列された複数のフィンと、該フィンを貫通するフィンパイプとを有する吸熱部を備えると共に、他方側に、内部に燃焼室が形成された燃焼胴と、該燃焼胴の外周面に螺旋状に巻回され前記フィンパイプと連通するドラムパイプとを有する胴部とを備え、前記ドラムパイプが前記燃焼胴の外周面にロウ付け接合される熱交換器において、前記燃焼胴に、前記燃焼胴壁面から外方に向かって突出するビードを設け、前記ビードは、前記ドラムパイプを挟み込むように前記ドラムパイプの上下に位置させたことを特徴とする熱交換器。
前記ビードは、前記ドラムパイプの上側に位置する上ビードおよび前記ドラムパイプの下側に位置する下ビードからなり、前記ドラムパイプは下り勾配をなして前記燃焼胴の外周面に巻回され、前記上ビードおよび前記下ビードは、一端側から他端側に向かって前記ドラムパイプに沿って下り勾配をなすように形成され、前記下ビードの前記他端には、水平をなす、または、上り勾配をなす勾配変更部を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。