JP3670152B2

JP3670152B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP3670152B2
Application number: JP03313299A
Authority: JP
Inventors: 明熊谷; 浩今井
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: KR20000057090A; JP2000234809A; TW448288B; KR100343475B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯装置等の熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、給湯装置等において、例えば特開平１０−３２５６１０号公報に開示された熱交換フィンが使用されている。図３はこの熱交換フィンが使用された熱交換器の断面図である。図３に示す熱交換器では、複数枚の熱交換フィンａが重ねられるように整列されて燃焼缶体ｂの内部に配置されている。熱交換フィンａにはその上部、下部にそれぞれ上部水管ｃ、ｃ、‥、下部水管ｄ、ｄ、‥が貫通して設けられている。熱交換フィンａの下方にはバーナｅが設けられている。
【０００３】
熱交換フィンａは、略下半部が左右両辺を燃焼缶体ｂの内壁に沿わせた略長方形状で略上半部が上方に狭小する略台形状のフィン基板ｆが備えられている。フィン基板ｆには、その左右両辺の略上半部、略下半部に沿ってそれぞれフィン基板ｆに対して垂直に折り曲げられた折曲片ｇ、ｈが設けられている。また、フィン基板ｆを底辺から下部水管ｄを避けながら上部水管ｃに向かって垂直方向に切り欠いた切欠部ｉ、ｉ、‥が設けられている。熱交換フィンａは、折曲片ｇと燃焼缶体ｂの内壁との間の略三角形状の隙間に置かれたロウ材Ｒにより、折曲片ｈにおいて燃焼缶体ｂの内壁にロウ付けされる。
【０００４】
前記構成の熱交換器においては、バーナｅの燃焼排気の熱が直接的に又は熱交換フィンａを介して間接的に上部水管ｃ、ｃ、‥及び下部水管ｄ、ｄ、‥に伝達され、これらの水管を流れる水が昇温される。ところが、上部水管ｃは下部水管ｄよりもバーナｅから遠く、上部水管ｃには熱交換フィンａに熱を奪われてその温度が低下した燃焼排気が接触するため結露が生じ易い。かかる結露を防止するため、燃焼缶体ｂの内壁近傍を上昇する燃焼排気が折曲片ｇにより熱交換フィンａの上部水管ｃに向かって誘導される。燃焼缶体ｂの内壁近傍を上昇する燃焼排気はバーナｅの外周縁から上昇してくるフレッシュエアの混合比が高いためその露点温度が低く、かかる露点温度の低い燃焼排気を接触させることで上部水管ｃでの結露が抑制されている。また、切欠部ｉを設けたことで燃焼排気が上部水管ｃに到達するまでの間に熱交換フィンａで損失する熱量が抑えられるため、高温の燃焼排気を接触させることによっても上部水管ｃの結露が抑制されている。
【０００５】
しかし、切欠部ｉを大きくするほど燃焼排気の熱損失が少なくなり水管ｃの結露が防止される反面、熱交換フィンａの面積が小さくなるため熱交換効率が低下する。このため水管ｃを流れる水を効率よく昇温させることが困難となるおそれがある。そこで、切欠部ｉを設けて失われた熱交換フィンａの面積を補填すべく、折曲片ｇと燃焼缶体ｂの内壁との略三角形状の隙間を埋めるようにフィン基板ｆを拡張することが考えられる。
【０００６】
この場合、熱交換フィンの左右両辺は全長にわたり燃焼缶体ｂの内壁に沿う略長方形状となるが、熱交換フィンの左右両辺を全長にわたって燃焼缶体ｂの内壁に当接させると、以下のような場合には不都合が生じる。燃焼缶体ｂの上部にはバーナｅの燃焼排気を排出するためダクトが取り付けられる。そこで、例えば実開平６−２２７４３号公報に開示されたように排気経路の入口が熱交換フィンａの左右いずれか一方に偏っているダクトを使用することが考えられる。この場合、図３において燃焼排気が燃焼缶体内を左右何れか一方に偏って上昇する。このため、燃焼排気の熱が熱交換フィンの上部の左右いずれか一方の側に集中し、この熱が伝達された部分で燃焼缶体が過剰に高温となって耐久性が低下するおそれがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記背景に鑑みて本発明は、水管での結露防止、熱交換効率の低下防止及び燃焼缶体の耐久性低下防止が可能な熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の熱交換器は、水管が貫通して設けられるとともに燃焼缶体内に複数枚が整列されて設置される熱交換フィンを備えた熱交換器であって、前記熱交換フィンは、左右両辺が全長にわたり前記燃焼缶体の内壁に沿う略長方形状のフィン基板と、前記フィン基板の左右両辺の略上半部に沿って該フィン基板に対して垂直に折り曲げられて設けられ、前記燃焼缶体の内壁から離反する第１の折曲片と、前記フィン基板の左右両辺の略下半部に沿って該フィン基板に対して垂直に折り曲げられて設けられ、前記燃焼缶体の内壁にロウ付けされる第２の折曲片とから構成され、前記水管のうち前記フィン基板の上部を貫通する上部水管に向かって該フィン基板を底辺から切り欠いて切欠部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
前記熱交換器においては、熱交換フィンは、第１の折曲片が燃焼缶体の内壁から離反した状態で、第２の折曲片で燃焼缶体とロウ付けされている。このため、熱交換フィンの上部から燃焼缶体の内壁への熱伝達を防止することができる。また、第１の折曲片により熱交換フィンの上部に上昇してきた燃焼排気と燃焼缶体の内壁との接触を防止することができる。従って、燃焼排気が熱交換フィンの上部の左右いずれか一方の側に集中した場合、この集中した燃焼排気の熱が燃焼缶体に伝わるのを防止することができる。そして、燃焼缶体が部分的に過剰に高温となり、その耐久性が低下するのを防止することができる。
【００１０】
また、切欠部が設けられているため燃焼排気の熱が上部水管に到達するまでの熱損失が抑制されるため、上部水管には十分に高温の燃焼排気を接触させて上部水管での結露発生を防止することができる。さらに、フィン基板が左右両辺が全長にわたり前記燃焼缶体の内壁に沿う略長方形状とされている。従って、切欠部が設けられた分だけ失われた熱交換フィンの面積がフィン基板の上部の両辺部において補填されている。このため、熱交換効率の低下を防止することができ、ひいては水管を流れる水を効率よく昇温させることができる。
【００１１】
熱交換フィンを第２の折曲片で燃焼缶体の内壁にロウ付けするためには、第１の折曲片と燃焼缶体との隙間の最下方にロウ材を設置することが考えられる。この場合、ロウ付けに必要な量に応じた大きさのロウ材を設置する隙間が第１の折曲片と燃焼缶体の内壁との間に確保されている必要がある。しかし、前述のように熱交換フィンの上部から燃焼缶体への熱伝達防止、及び、熱交換フィンの面積補填のため、熱交換フィンの左右両辺の略上半部は燃焼缶体に対して離反させつつもできるだけ接近させることが好ましい。
【００１２】
そこで、前記構成の熱交換器において、前記熱交換フィンには前記第２の折曲片と前記フィン基板とを連続して切り欠いて、ロウ材が設置されるロウ材用切欠部が設けられ、該熱交換フィンは該ロウ材用切欠部に設置されたロウ材により前記第２の折曲片において前記燃焼缶体の内壁にロウ付けされているとよい。かかる構成の熱交換器においては、ロウ材用切欠部にロウ材を設置することができ、このロウ材により熱交換フィンを第２の折曲片で燃焼缶体の内壁にロウ付けすることができる。従って、ロウ材を設置するために第１の折曲片と燃焼缶体の内壁との間のスペースを確保する必要はない。このため、熱交換フィンの左右両辺の略上半部を燃焼缶体に対して離反させつつも可能な限り接近させるように熱交換フィンの略上半部を拡張することができる。
【００１３】
前記構成の熱交換器において、前記ロウ材用切欠部は、前記フィン基板の内方から前記第２の折曲片に向かって下に傾斜する傾斜縁を有していてもよい。この場合、ロウ材用切欠部に設置されて溶融されたロウ材を、傾斜縁に沿って第２の折曲片と燃焼缶体の内壁との間に確実に流し込むことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の熱交換器について図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態の熱交換器の断面図であり、図２は本実施形態の熱交換器に使用される熱交換フィンの要部の斜視図である。
【００１５】
図１及び図２に示した本実施形態の熱交換器において、熱交換フィン１には、その上部、下部にそれぞれ上部水管２ａ、２ａ、‥、下部水管２ｂ、２ｂ、‥が貫通して設けられている。熱交換フィン１は複数枚が重ねられるように整列されて略方形筒状の燃焼缶体３の内部に配置されている。燃焼缶体３の下方にはバーナ４が設けられている。燃焼缶体３の上部外壁にはフランジ５が設けられ、フランジ５にはバーナ４の燃焼排気が排出されるダクト６が取り付け箇所でかしめて取り付けられている。ダクト６の排気経路７の入口は図１の右側に偏って形成されており、バーナ４の燃焼排気は矢印のように燃焼缶体３内を右に偏って上昇する。
【００１６】
熱交換フィン１は、その左右両辺が全長にわたり燃焼缶体３の内壁に沿う略長方形状に形成されたフィン基板８を備えている。熱交換フィン１には、フィン基板８の左右両辺の略上半部、略下半部に沿ってそれぞれフィン基板８に対して垂直に折り曲げられた第１の折曲片９、第２の折曲片１０が設けられている。熱交換フィン１は、第１の折曲片９が燃焼缶体３の内壁から離反し、第２の折曲片１０で燃焼缶体３の内壁にロウ付けされている。熱交換フィン１には、フィン基板８の上辺の左右両端部に沿ってフィン基板８に対して垂直に折り曲げられ、第１の折曲片９に連続する第３の折曲片１１も設けられている。熱交換フィン１の上部にはフィン基板８を部分的に切り出して左右方向に延びる略Ｕ字形に起立させたブレード１２が複数設けられている。フィン基板８のブレード１２、１２、‥を切り出した位置にはフィン基板８の表裏を連通させる連通孔１３、１３、‥が熱交換フィン１には、上部水管２ａに向かって、下部水管２ｂを避けながらフィン基板８を底辺から垂直方向に切り欠いた切欠部１４、１４、‥が設けられている。また、第２の折曲片１０の上部とフィン基板８とを連続して切り欠いてロウ材用切欠部１５が設けられ、ロウ材用切欠部１５はフィン基板８の内方から第２の折曲片１０に向かって下に傾斜する傾斜縁１６を有している。なお、ロウ材用切欠部１５を設けるにあたって第２の折曲片１０はその幅方向に部分的に切り欠かれているが、これは第２の折曲片１０の強度を確保するためである。
【００１７】
前記構成の熱交換器において、熱交換フィン１を燃焼缶体３にロウ付けするとき、熱交換フィン１が複数枚重ねられるように整列され、その整列方向に沿って棒状のロウ材（図示せず）がロウ材用切欠部１５に設置される。この状態で熱交換フィン１が燃焼缶体３の所定位置に設置され、続く加熱により溶融したロウ材が第２の折曲片１０と燃焼缶体３の内壁との隙間に流れ込む。このとき、溶融したロウ材をフィン基板８の内方から第２の折曲片１０に向かって下方に傾斜した傾斜縁１６に沿って前記隙間に確実に流し込むことができる。そして、熱交換フィン１は、第１の折曲片９が燃焼缶体３の内壁から離反した状態で第２の折曲片１０において燃焼缶体３の内壁にロウ付けされる。
【００１８】
前記熱交換器の使用時には、バーナ４の燃焼排気の熱が上部水管２ａ及び下部水管２ｂに直接的に又は熱交換フィン１を介して間接的に伝達され、これにより上部水管２ａ、下部水管２ｂを流れる水が昇温される。前述したようにバーナ４の燃焼排気は、図１に矢印で示すように燃焼缶体３内を右に偏って上昇した後、ダクト６の排気経路７を介して外部に排出される。従って、図１に示した熱交換器においては、燃焼排気が集中する熱交換フィン１の右側上部が他の部分よりも高温となる。
【００１９】
しかし、前述のように熱交換フィン１は、第１の折曲片９が燃焼缶体３の内壁から離反した状態で第２の折曲片１０で燃焼缶体３にロウ付けされている。このため、熱交換フィン１の上部から燃焼缶体３への熱伝達を防止することができる。また、第１の折曲片９及び第３の折曲片１１により熱交換フィン１の上部に上昇してきた燃焼排気と燃焼缶体３の内壁との接触を防止することができる。従って、熱交換フィン１の右側上部に集中した燃焼排気の熱が燃焼缶体３に伝わるのを防止することができる。このため、燃焼缶体３が部分的に過剰に高温となり、その耐久性が低下するのを防止することができる。
【００２０】
切欠部１４が設けられて燃焼排気の熱が上部水管２ａに到達するまでの熱損失が抑制されるため、上部水管２ａに十分に高温の燃焼排気を接触させて結露発生を防止することができる。また、燃焼缶体３の内壁近傍を上昇する燃焼排気はバーナ４の外周縁の外側から上昇してくるフレッシュエアの混合比が大きく、露点温度が比較的低い。この燃焼缶体３の内壁近傍の燃焼排気がブレード１２にぶつかって生じる乱流に乗って上部水管２ａに接触されるため、上部水管２ａでの結露が防止される。
【００２１】
フィン基板８が左右両辺が全長にわたり燃焼缶体３の内壁に沿う略長方形状とされている。また、熱交換フィン１に設けられたロウ材用切欠部１５にロウ材（図示せず）を設置することができ、このロウ材により熱交換フィン１を第２の折曲片１０で燃焼缶体３の内壁にロウ付けすることができる。従って、ロウ材を設置するために第１の折曲片９と燃焼缶体３の内壁との間のスペースを確保する必要はない。このため、熱交換フィン１の左右両辺の略上半部を燃焼缶体に対して離反させつつも可能な限り接近させるように熱交換フィン１の略上半部を拡張することができる。これにより、切欠部１４が設けられた分だけ失われた熱交換フィン１の面積がフィン基板８の上部の両辺部において補填され、熱交換フィン１の熱交換効率の低下が防止される。また、燃焼排気がブレード１２にぶつかりながら上昇するとともに、連通孔１３を介してフィン基板８の一方の面から他方の面に沿って流れることで熱交換フィン１が燃焼排気の熱をより効率よく受け取る。以上により本実施形態の熱交換器においては上部水管２ａ、下部水管２ｂを流れる水を効率よく昇温させることができる。
【００２２】
なお、前述したように燃焼缶体３の上部外壁に設けられたフランジ５にダクト６がかしめて取り付けられるが、このかしめにより燃焼缶体３の上部が内側にたわむように変形する場合がある。この場合、第１の折曲片９と燃焼缶体３の内壁との隙間によりこの変形が受け止められ、燃焼缶体３の変形のストレスが熱交換フィン１に加えられる事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の熱交換器の断面図
【図２】本実施形態の熱交換器に使用される熱交換フィンの要部の斜視図
【図３】従来の熱交換器の断面図
【符号の説明】
１‥熱交換フィン、２ａ‥上部水管、２ｂ‥下部水管、３‥燃焼缶体、８‥フィン基板、９‥第１の折曲片、１０‥第２の折曲片、１４‥切欠部、１５‥ロウ材用切欠部、１６‥傾斜縁

Claims

水管が貫通して設けられるとともに燃焼缶体内に複数枚が整列されて設置される熱交換フィンを備えた熱交換器であって、前記熱交換フィンは、前記フィン基板の左右両辺が全長にわたり前記燃焼缶体の内壁に沿う略長方形状のフィン基板と、前記フィン基板の左右両辺の略上半部に沿って該フィン基板に対して垂直に折り曲げられて設けられ、前記燃焼缶体の内壁から離反する第１の折曲片と、左右両辺の略下半部に沿って該フィン基板に対して垂直に折り曲げられて設けられ、前記燃焼缶体の内壁にロウ付けされる第２の折曲片とから構成され、前記水管のうち前記フィン基板の上部を貫通する上部水管に向かって該フィン基板を底辺から切り欠いて切欠部が設けられていることを特徴とする熱交換器。
前記熱交換フィンには前記第２の折曲片と前記フィン基板とを連続して切り欠いて、ロウ材が設置されるロウ材用切欠部が設けられ、該熱交換フィンは該ロウ材用切欠部に設置されたロウ材により前記第２の折曲片において前記燃焼缶体の内壁にロウ付けされていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
前記ロウ材用切欠部は、前記フィン基板の内方から前記第２の折曲片に向かって下に傾斜する傾斜縁を有することを特徴とする請求項２記載の熱交換器。