JP4601692B2 - 熱交換器及びこの熱交換器を備えた給湯器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器及びこの熱交換器を備えた給湯器に関する。

ガス瞬間湯沸器等に使用される熱交換器は、ケーシング周りに通水用の銅管が巻き付けられている。銅管の配管経路のうち、ケーシング内の上部を横切る領域には、銅管の周囲に多数枚の吸熱フィンを取り付け、ここで専ら熱交換を行うようにしている。銅管自体は、高い熱伝導性及び曲げ加工性に優れる等の優位性があるため、従来からよく使用されてきた。その一方で、特定の水質のもとでは銅イオンの溶出によって、いわゆる「青い水」の問題を生じることも知られている。「青い水」の対策としては、銅管内面にメッキ処理を施すことが有効である。その一例として、下記特許文献１の技術を挙げることができる。このものは、熱交換器の製造後に、銅管内に無電解スズメッキ液を循環させ銅管の内周面にスズメッキ層を形成する、というものである。
特開平８−１７８５８５号公報

しかし、上記処理を行うにしても、銅管内の構造によっては均一にメッキ層を形成するのが困難となることがあった。と言うのも、従来、コイルスプリング状の形態をとった乱流形成体が銅管の内部へ挿通される、という構造上の背景がある。乱流形成体は、銅管内を流れる湯に撹拌作用を与えて膜沸騰の生成を抑制し、例えば気泡の破裂音といった異音の発生を防止することを目的として用いられてきた。上記した無電解スズメッキを、乱流形成体３０が挿通された状態の銅管３１に施すと、スズメッキ層３２は図８に示すように、銅管３１側の表層に一定厚みをもって形成された。乱流形成体３０側にスズメッキ層３２が形成されないのは、乱流形成体３０はステンレス材によって形成されることが多いことから、その表面には不動態化した酸化被膜が形成されメッキ層の生成を拒むからである。

図８に示すメッキ層３２の様相は、銅管３１の表面がメッキ層３２によって確実に覆われた良好な状況であるが、図９に示すように、乱流形成体３０が銅管３１内面に対し密着あるいは極めて接近するような状態ではスズメッキ層３２の厚みが不均一になることがあった。これはスズメッキ層３２が乱流形成体３０側には形成されず、専ら銅管３１の内面側にのみ形成される、という状況の下、スズメッキ液が乱流形成体３０と銅管３１の内面との間の狭い隙間に侵入しにくいからである。

かくして、従来では乱流形成体３０と銅管３１との間の距離によって、スズメッキ層３２の厚みが不均一化しやすい、という問題があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、スズメッキ層を良好な状態で形成することができる熱交換器及びこれを組み込んだ給湯器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、本発明の熱交換器は、ケーシングと、ケーシングに配設され銅系金属によって形成された通水管と、通水管内に挿通された乱流形成体とを備え、乱流形成体はステンレス材料にて形成され、かつその表層部には電解メッキによって銅系メッキ層が形成されるとともに、この銅系メッキ層が形成された乱流形成体が通水管の内部へ挿通された状態で、通水管の内部へ無電解スズ系メッキ液が流されることにより、通水管の表面と乱流形成体の銅系メッキ層の表面に、共にスズ系メッキ層が積層されているところに特徴を有する。

乱流形成体の外面に積層されたスズ系メッキ層は、この乱流形成体を包み込みつつ前記通水管側のスズ系メッキ層に連続するような状態となるのが好ましい（請求項２の発明）。

上記した構成に係る熱交換器は、給湯器に組み込まれるのが好ましい（請求項３の発明）。

＜請求項１及び請求項３の発明＞
本発明に係る熱交換器によれば、ステンレス材料によって形成された乱流形成体の表層部に電解メッキによって銅系メッキ層が形成されることで、スズ系メッキ層が生成される形成条件が、乱流形成体側と通水管側とでほぼ揃えられる。そのうえで、銅系メッキが施された乱流形成体は通水管の内部に挿通され、この状態で通水管の内部に無電解スズ系メッキ液が流されることによって、通水管の表面と乱流形成体の銅系メッキ層の表面には共にスズ系メッキ層が積層される。
かくして、乱流形成体が通水管とは異なった材質であっても、乱流形成体に対してもスズ系メッキ層の形成が可能となる。したがって、スズ系メッキ層が通水管と乱流形成体の双方の表面に、ほぼ等しい厚みをもって形成される。

＜請求項２の発明＞
乱流形成体が通水管内に挿通された状態で、乱流形成体が通水管内の表面から充分に離間していれば、スズ系メッキ層はこれらの表面にそれぞれ分離した状態で生成される。しかし、乱流形成体が通水管内の表面に接近あるいは密着した状態となっていても、スズ系メッキ層は乱流形成体を包み込んだ状態で、通水管側に積層されたスズ系メッキ層に連続する。結局のところ、通水管内の表面からの乱流形成体の距離に拘わらず、良好なスズ系メッキ層を生成することができる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図６によって説明する。図１は給湯器中に組み込まれる熱交換器Ｈの分解斜視図である。図中、１は熱交換器Ｈのケーシングであり、一対のサブケーシング１Ａを備える。両サブケーシング１Ａはそれぞれ銅系金属板を略Ｃ字形状に折り曲げて形成されている。ケーシング１の組み立てに際し、サブケーシング１Ａの端縁同士を突合せるようにして対向させ、突き合わされた端縁同士がかしめられる。ケーシング１の上下両縁には、補強を目的としたフランジ片２Ａ，２Ｂがそれぞれ一対ずつ設けられ、スポット溶接によって取り付けられる。ケーシング１において、幅方向に向き合う両壁面の略上半分の領域には複数の差込み孔３が開口している。

ケーシング１には、いずれも銅系金属パイプよりなる複数の配管を接続して熱交換用の通水経路を形成する通水管４が取り付けられている。ケーシング１における高さ方向の中央部周りには通水管４の一部を構成する巻水管５が配管されている。この巻水管５は、ケーシング１の下半部外周面に巻き付けられ、ロー付けによって固定されている。

この巻水管５の一端（上流端）にはケーシング１の幅方向の一端側に位置する給水連絡管６が接続されている。この給水連絡管６は図示しない給水源に接続されている。巻水管５の他端には熱交換用の導入管７の一端が接続されている。導入管７の他端は、ケーシング１の各差込み孔３を通してケーシング１の内側に挿通された複数のヘアピン管８の一つに接続されている。各ヘアピン管８はそれぞれはＵ字状に折り返して形成され、図１に示すように、ケーシング１において上記した導入管７が配された側と反対側の壁面に位置する差込み孔３から挿通される。ケーシングにおいて各ヘアピン管８が挿通される側と反対側では、連続した通水路が形成されるよう、ヘアピン管８同士はベンド９と呼ばれるＵ字管（図示のものは２本）によって接続されている。そして、一方のもの（下流側に位置する側のもの：図１では右側に示されたもの）はケーシング１内においてヘアピン管８と平行に配された吸熱管１０の一端に接続されている。

各ヘアピン管８及び吸熱管１０をケーシング１内に配管するに先立って、ケーシング１内の略上半分には多数枚のフィン１１Ａを列設させたフィンブロック１１が収容されている。各フィン１１Ａにはヘアピン管８及び吸熱管１０を貫通させるために同軸で貫通する通し孔１２が複数個開口し、各通し孔１２はケーシング１側の各差込み孔３と同心で整合している。なお、各通し孔１２の孔縁は全周に亘って、ヘアピン管８及び吸熱管１０の外周面に隙間なく密着している。

また、各ヘアピン管８及び吸熱管１０の内部にはそれぞれ乱流形成体１３（サイレンサとも呼ばれる）が挿通されている。乱流形成体１３は各ヘアピン管８及び吸熱管１０のほぼ全長に及ぶ程度の長さをもったコイル状に形成されている。乱流形成体１３は各ヘアピン管や吸熱管の内部を通過する湯に乱流を生じさせて撹拌し、結果として膜沸騰等に伴う異音の発生を緩和する役割を果たす。

乱流形成体１３は、本実施形態においてはステンレス製の線材よりなり、表面には電解メッキによって銅系メッキ層１４が形成されている。このメッキ層１４の組成は通水管（少なくとも各ヘアピン管８及び吸熱管１０）の材質と略同一である。

なお、上記したベンド９と対応するヘアピン管８との接続、及び導入管７と吸熱管１０との接続作業は、各乱流形成体１３の挿通作業の後になされる。

吸熱管１０におけるベンド９と接続された側と反対側の端部には、ケーシング１の外方に突出して給湯連絡管１５に接続されている。この給湯連絡管１５と前記した給水連絡管６との間にはバイパス管１６が接続されている。このバイパス管１６を含むバイパス経路中には図示しないバイパスミキシング弁が設けられていて、給水連絡管６に給水される給湯用水の一部所定量を給湯連絡管１５に混入させることで、出湯温度を調節できるようになっている。

給水連絡管６と給湯連絡管１５の接続作業がなされる前に、ケーシング１に対する巻水管５の溶着工程を経る。この工程では、まず巻水管５の上面にケーシングの外面に沿うようにしてロウ材を載置しておく。この状態の熱交換器は、そのまま無酸素還元雰囲気でかつ高温（約８００℃程度）に保持されたロウ付け炉中におかれる。これによって、巻水管５はケーシング１に対し正規状態でロウ付けされる。

図３は熱交換器Ｈの製造工程を示しており、図中（Ａ）（Ｂ）の工程については既に説明した通りである。熱交換器Ｈは、（Ｂ）の工程を経た後に、（Ｃ）の工程として洗浄工程を経る。同工程では、熱交換器Ｈの通水経路を構成する通水管４中の汚れの程度に応じて洗浄液を流し込んで脱脂し、その後に水洗いがなされる。

しかる後に、（Ｄ）の工程として無電解スズメッキがなされる。すなわち、メッキ液を通水管４の内部を循環させることによって、乱流形成体１３及び給水連絡管６に始まり給湯連絡管１５に至るまでの間の経路を構成する通水管４の表面には所定厚さ（１〜２μｍ程度）のスズ系メッキ層１７，１８が形成される。図４及び図５は乱流形成体１３とヘアピン管８及び吸熱管１０（以下、ヘアピン管８等という）の内面壁との間の距離の差によってスズ系メッキ層の形成状況が相違する様子を拡大して示している。図４のように、乱流形成体１３がヘアピン管８等の内面から充分離間している場合には、乱流形成体１３の外周面とヘアピン管８等の内面にほぼ等しい厚みのスズ系メッキ層１７，１８が形成され、これらのスズ系メッキ層１７，１８は相互に分離した状態となっている。

一方、図５では乱流形成体１３がヘアピン管８等の内面に接触した状態で無電解メッキ処理がなされた状況を示している。同図に示すように、スズ系メッキ層１７，１８は乱流形成体１３を包み込んだ状態で、ヘアピン管８等の内面にもほぼ均一厚みで形成される。これに対し、図９に示す従来の場合であれば、乱流形成体３０の表面に銅系メッキ層１４を有さないことから無電解メッキ処理によっては、スズ系メッキ層を生成することができない。したがって、スズ系メッキ層３２は専らヘアピン管等（銅管３１）の内面にのみ形成されるだけであるため、乱流形成体３０との境界領域における狭い隙間にはスズメッキ液が侵入しにくく、同領域でのスズ系メッキ層の生成が阻害されていた。

しかし、本実施形態であれば、乱流形成体１３の表面にもスズ系メッキ層１８が形成されるため、乱流形成体１３側のスズ系メッキ層１８とヘアピン管８等側のスズ系メッキ層１７との連結点（図５に示すＰ１点）が、乱流形成体１３とヘアピン管等との密着点（図５に示すＰ２点）から径方向に関して離れる。したがって、図６に示すように、万一、乱流形成体１３とヘアピン管等の内面との境界領域中にスズ系メッキ層が形成されない「巣」１９が生じたとしても、スズ系メッキ層１７，１８はこの「巣」１９を封じ込めた状態で形成され、乱流形成体１３及びヘアピン管８等の表面を露出させてしまうことはない。

このように、ヘアピン管８等の内面からの乱流形成体１３の距離に関わらず、ヘアピン管８等及び乱流形成体１３の表層部に良好な状態でスズ系メッキ層１７，１８を形成することができるため、いわゆる「青い水」あるいは孔食といった問題を有効に解消することができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図７によって説明する。実施形態１では、乱流形成体１３は線材によって形成されていたが、実施形態２では乱流形成体２０を板材によって形成している。より具体的には、乱流形成体２０は多数個のエレメント２０−１〜２０−４を多数個長さ方向に数珠つなぎ状に接続して構成されている（個々に分離されていてもよい）。各エレメント２０−１〜２０−４はヘアピン管８等の内径よりやや小径の外径を有するとともに、軸線周りに１８０度の捻りが加えられている。隣接するエレメント２０−１〜２０−４同士は、９０度の位相のずれが設定されている。

このように構成された乱流形成体２０によっても、ヘアピン管８等の内部を湯が通過する過程で自動的に軸線周りの回転力を付加して異音の発生等を未然に防止することができる。

実施形態２の乱流形成体２０がヘアピン管８等に挿通された場合においても、無電解スズメッキ液を流すことによって、実施形態１と同様、乱流形成体２０の表面及びヘアピン管８等の内面に対し、良好な状況でスズ系メッキ層を形成することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（２）本実施形態では、乱流形成体１３，２０はコイル状線材にメッキ処理を施したが、コイリング前にメッキ処理を施しておき、その後にコイリングを行うようにしてもよい。また、メッキ処理は、乱流形成体１３，２０を所定寸法に切断した後に行っても良いし、長尺の連続体のままメッキ処理を行い、その後に所定寸法に切断するようにしてもよい。

実施形態１に係る熱交換器の分解斜視図 組み立て後の熱交換器を示す斜視図 熱交換器の製造工程図 乱流形成体が通水管の表面から離間した部位でのスズ系メッキ層の積層状況を拡大して示す断面図 乱流形成体が通水管の表面から離間した部位でのスズ系メッキ層の積層状況を拡大して示す断面図 乱流形成体と通水管の境界部分においてスズ系メッキ層に空隙が生じた状態を拡大して示す断面図 実施形態２の乱流形成体を挿通した状態を示す断面図 従来において、乱流形成体が通水管の表面から離間した状態で無電解スズメッキを施した状態を示す断面図 同じく、乱流形成体が通水管の表面に密着した状態で無電解スズメッキを施した状態を示す断面図

符号の説明

１…ケーシング
４…通水管
８…ヘアピン管（通水管）
１０…吸熱管（通水管）
１３，２０…乱流形成体
１４…銅系メッキ層
１７，１８…スズ系メッキ層
Ｈ…熱交換器

Claims (3)

1. ケーシングと、
   ケーシングに配設され銅系金属によって形成された通水管と、
   通水管内に挿通された乱流形成体とを備え、
   前記乱流形成体はステンレス材料にて形成され、かつその表層部には電解メッキによって銅系メッキ層が形成されるとともに、
   この銅系メッキ層が形成された前記乱流形成体が前記通水管の内部へ挿通された状態で、前記通水管の内部へ無電解スズ系メッキ液が流されることにより、前記通水管の表面と前記乱流形成体の前記銅系メッキ層の表面に、共にスズ系メッキ層が積層されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記乱流形成体の外面に積層されたスズ系メッキ層は、この乱流形成体を包み込みつつ前記通水管側のスズ系メッキ層に連続していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の熱交換器を備えたことを特徴とする給湯器。

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