JP6014641B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、複数の伝熱フィンと、伝熱フィンに対して直交する向きで貫挿される伝熱管とで構成された熱交換器に関する。

ハウジング内に所定の間隙を存して複数並設される板状の伝熱フィンと、ハウジングの側壁相互間に上下複数列で延設され、伝熱フィンに対して直交する向きで貫挿される伝熱管とで構成された従来の熱交換器において、高熱効率化を図るべく、伝熱フィンに複数のバーリング孔が形成され、このバーリング孔周縁のフランジ部によって、熱交換器に供給される燃焼ガス等の気体が各伝熱管の周辺へ均等に行き渡るようにしたものが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

特開平６−１０９３９１号公報 特開２００４−３７００５号公報

ところで、この種の熱交換器は、伝熱フィンの伝熱管挿通孔の周縁部に隣接してロウ付け孔が設けられており、組み立ての際には、予めハウジングに伝熱フィンと伝熱管とを仮組みした状態で、上記ロウ付け孔に棒状の固形ロウ材を挿入保持させ、その上で炉内にて加熱処理を行うことで、伝熱管挿通孔の周縁部と伝熱管との接合部をロウ付け固定する。そして、熱交換器が正常に組み上がったか否かを確認する検査工程においては、ハウジングの開口部から伝熱フィン相互の間隙を通じてロウ付け孔周辺のロウ付け状態を目視等により視認する。

しかしながら、上記従来の熱交換器では、伝熱フィンの伝熱管挿通孔の相互間にバーリング孔のフランジ部が突出形成されているため、一部のロウ付け孔周辺のロウ付け状態を視認するのに上記フランジ部が妨げとなって、伝熱フィンと伝熱管とのロウ付け不良を検出し損なう虞があった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高熱効率化を図りつつ、伝熱フィンと伝熱管とのロウ付け不良を確実に検出可能な熱交換器を提供することにある。

本発明は、気体の流入口および流出口を有する略矩形箱状のハウジングと、ハウジングの対向する二つの側壁相互間に所定の間隙を存して複数並設される板状の伝熱フィンと、前記側壁相互間に延設され且つ伝熱フィンに対して直交する向きで貫挿され、伝熱フィンにロウ付け固定される伝熱管とを備えた熱交換器であって、伝熱フィンの各伝熱管挿通孔の周縁部に、伝熱管と伝熱フィンとを固定させるロウ材の挿入孔としてロウ付け孔が開設され、伝熱フィンの伝熱管挿通孔の相互間に、伝熱フィン相互の間隙へ導入される気体の流れを分散させるフランジ部が立設され、フランジ部に、ハウジングの前記流入口または流出口の何れか一方の開口部からロウ付け孔周辺のロウ付け状態を視認可能とする切欠が設けられたものである。

このものでは、伝熱フィン相互の間隙へ導入される燃焼ガス等の気体の流れがフランジ部によって分散されて、各伝熱管の周辺へ均等に行き渡るから、各伝熱管の伝熱度合にばらつきが生じ難い。しかも、このものでは、ハウジングの流入口または流出口の何れか一方の開口部からフランジ部に設けられた切欠を通じてロウ付け孔周辺のロウ付け状態を視認できるから、全ての伝熱フィンと伝熱管とのロウ付け状態を確認することも可能である。

また、好ましくは、上記熱交換器において、前記伝熱管が、ハウジングの対向する二つの側壁相互間に上下複数列で延設され、前記フランジ部が、伝熱フィンの上下に並ぶ伝熱管挿通孔の相互間に立設される。

このものでは、伝熱管がハウジング内に上下複数列で延設された熱交換器であっても、伝熱フィン相互の間隙へ導入される燃焼ガス等の気体の流れがフランジ部によって分散されて、各伝熱管の周辺へ均等に行き渡るから、ハウジング内の上下域で伝熱管の伝熱度合にばらつきが生じ難い。しかも、このものでは、ハウジングの流入口または流出口の何れか一方の開口部からフランジ部に設けられた切欠を通じてロウ付け孔周辺のロウ付け状態を視認できるから、全ての伝熱フィンと伝熱管とのロウ付け状態を確認することも可能である。

また、好ましくは、上記熱交換器において、前記切欠が、ハウジングの前記一方の開口部から伝熱管挿通孔の相互間の一部範囲のみを通じてロウ付け孔周辺のロウ付け状態を視認可能とする大きさに形成される。

フランジ部における切欠の形成範囲が広いほど、ロウ付け孔周辺のロウ付け状態を視認しやすいが、その分、フランジ部が小さくなるため、気体の流れを分散させる作用は生じ難くなり、熱効率が低下する。しかしながら、このものでは、切欠が伝熱管挿通孔の相互間の一部範囲のみを通じてロウ付け孔周辺のロウ付け状態を視認可能な大きさに形成されているから、高熱効率を維持することが可能である。

以上のように、本発明によれば、各伝熱管の伝熱度合にばらつきが生じ難く、また、全ての伝熱フィンと伝熱管とのロウ付け状態を確認することも可能であるから、高熱効率化を図りつつ、伝熱フィンと伝熱管とのロウ付け不良を確実に検出可能な熱交換器を提供できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を備えた給湯器の概略構成図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る熱交換器の右前上方斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る熱交換器の伝熱フィンの左後上方斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る熱交換器の伝熱フィンの後面図である。 図５は、本発明の他の実施形態に係る熱交換器の伝熱フィンの後面図である。

次に、本発明の実施の形態に係る熱交換器について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る熱交換器３は、風呂追焚機能を有する給湯器１に組み込まれており、ガスバーナ２から放出された燃焼ガス中の顕熱を回収し、給水配管１１から供給される水を熱交換加熱する給湯熱交換部３Ａと、上記燃焼ガス中の顕熱を回収し、図示しない浴槽から風呂戻り配管１３を通じて循環供給される湯水を熱交換加熱する風呂熱交換部３Ｂとを備えている。

熱交換器３の外郭を構成するハウジング３０は、上下に開口する略矩形箱状に形成されている。ハウジング３０の下端開口部３０１には、ガスバーナ２を収容する略矩形箱状の燃焼室２０が連結され、ハウジング３０の上端開口部３０２には、ガスバーナ２からハウジング３０内に送り込まれた燃焼ガスを給湯器１の外部へ導く排気フード３１が連結される。また、燃焼室２０の下部には、燃焼室２０内へガスバーナ２の燃焼用空気を送り込むファンユニット４が接続されており、ファンユニット４によって燃焼室２０内へ送り込まれた空気は、ガスバーナ２から放出された燃焼ガスと共に、ハウジング３０の下端開口部３０１から給湯熱交換部３Ａおよび風呂熱交換部３Ｂに導入され、さらにハウジング３０の上端開口部３０２を通じて排気フード３１内へ導かれ、給湯器１の外部へ排出される。即ち、下端開口部３０１が燃焼ガスの流入口となり、上端開口部３０２が燃焼ガスの流出口となる。

図２に示すように、熱交換器３のハウジング３０内には、前側壁３０３および後側壁３０４と略平行に複数積層された薄肉板状の伝熱フィン３２と、伝熱フィン３２に対して直交する向きで貫設される複数の直管状の伝熱管３３とが収容されている。給湯熱交換部３Ａおよび風呂熱交換部３Ｂは、上記伝熱フィン３２および伝熱管３３によってそれぞれ独立して構成されている。尚、本明細書では、ハウジング３０を前側壁３０３側から見たときの奥行き方向を前後方向、幅方向を左右方向、高さ方向を上下方向とする。

給湯熱交換部３Ａにおける隣り合う二つの伝熱管３３の管端相互は、前側壁３０３および後側壁３０４の外面側において、半円弧状に曲成された連絡管３４により直列的に連結されており、これら伝熱管３３および連絡管３４によって蛇行する一本の給湯熱交換管路３３Ａが構成されている。前側壁３０３側の連絡管３４の一つとその連絡管３４の両端に繋がる二つの伝熱管３３とは、一体形成された一本のＵ字曲管３３０で構成されており、これら異なる二つのＵ字曲管３３０の管端相互が後側壁３０４側の連絡管３４により連結されている。

給湯熱交換管路３３Ａの始端となる伝熱管３３の管端には、後側壁３０４の外面側において、略コ字状の入水側接続管３５が連結されており、上記入水側接続管３５の開放端に給水配管１１が接続される。一方、給湯熱交換管路３３Ａの終端となる伝熱管３３の管端には、前側壁３０３の外面側において、略コ字状の出湯側接続管３６が連結されており、上記出湯側接続管３６の開放端に、図示しない湯水栓へ繋がる出湯配管１２が接続される。

風呂熱交換部３Ｂも給湯熱交換部３Ａと同様、隣り合う二つの伝熱管３３の管端相互が前側壁３０３および後側壁３０４の外面側において、連絡管３４により直列的に接続されており、これら伝熱管３３および連絡管３４によって蛇行する一本の風呂熱交換管路３３Ｂが構成されている。

また、風呂熱交換管路３３Ｂの始端となる伝熱管３３の管端には、後側壁３０４の外面側において、略コ字状の入水側接続管３５が連結されており、上記入水側接続管３５の開放端に風呂戻り配管１３が接続される。一方、風呂熱交換管路３３Ｂの終端となる伝熱管３３の管端には、前側壁３０３の外面側において、略コ字状の出湯側接続管３６が連結されており、出湯側接続管３６の開放端に、図示しない浴槽へ繋がる風呂往き配管１４が接続される。

図３および図４に示すように、風呂熱交換部３Ｂの伝熱フィン３２には、伝熱管３３を挿通させる複数（ここでは、５つ）の伝熱管挿通孔４１と、図示しない棒状の固形ロウ材を挿入するための複数（ここでは、５つ）のロウ付け孔４２と、ハウジング３０の下端開口部３０１から伝熱フィン３２相互の間隙Ｈ１へ導入される燃焼ガスの流れを分散させるための複数（ここでは、２つ）のバーリング孔４３とが開設されている。

本実施の形態に係る風呂熱交換部３Ｂの伝熱フィン３２には、上端３２１寄りの位置に二つ、下端３２２寄りの位置に二つ、中央に一つ、五の目状に伝熱管挿通孔４１が設けられており、これら各伝熱管挿通孔４１の外周縁の下部中央に隣接してロウ付け孔４２が設けられている。また、バーリング孔４３は、上下縦並びで設けられた二つの伝熱管挿通孔４１（上段管挿通孔４１Ａおよび下段管挿通孔４１Ｂ）の相互間の上下略中央位置にそれぞれ設けられている。

伝熱管挿通孔４１の内径は、伝熱管３３の外径と略同一に設定されている。また、伝熱フィン３２の後面側における伝熱管挿通孔４１の周縁には、全周に亘って支持フランジ４１０が立設されており、上記支持フランジ４１０の内周面と伝熱管３３の外周面とが接合する。

ロウ付け孔４２は、支持フランジ４１０の外周に接して設けられている。従って、ロウ付け孔４２に挿入される固形ロウ材は、炉内で加熱溶解された際に、支持フランジ４１０の外周面を伝って伝熱管３３と支持フランジ４１０との接合部に回り込み、その後の冷却工程を経て固化する。これにより、伝熱フィン３２と伝熱管３３とが固定される。

バーリング孔４３は、上段管挿通孔４１Ａに隣接配置されたロウ付け孔（以下、「上段ロウ付け孔」という）４２Ａの中心位置より伝熱フィン３２の左右間の中央側へオフセットした位置、具体的には、上段管挿通孔４１Ａの支持フランジ４１０の外周とそれに隣接する上段ロウ付け孔４２Ａとの接点Ｐから、二つの下段管挿通孔４１Ｂの相互間Ｓ１の略中央を通ってハウジング３０の下端開口部３０１に至る直線Ｌ１上（図４参照）に設けられている。

バーリング孔４３周縁のフランジ部４３０は、伝熱フィン３２の後面から後方へ向かって突出形成されている。従って、ハウジング３０の下端開口部３０１から伝熱フィン３２相互の間隙Ｈ１へ導入され、下段管挿通孔４１Ｂの相互間Ｓ１を通過した燃焼ガスの一部は、フランジ部４３０の外周面に接触して分散され、上段管挿通孔４１Ａの周辺へ流れる。

フランジ部４３０の突出長さは、伝熱フィン３２相互の間隙Ｈ１より所定寸法（例えば、０．５ｍｍ）短く設定されており、上記間隙Ｈ１へ導入された燃焼ガスの一部は、フランジ部４３０の突端と、そのフランジ部４３０側に対向する伝熱フィン３２の前面との隙間を通って上段管挿通孔４１Ａの周辺へ流れる。

フランジ部４３０の、バーリング孔４３の略中心を通る上記直線Ｌ１上には、根元から突端に亘って所定幅（例えば、３ｍｍ）の切欠４３１，４３２が形成されている。従って、各伝熱管挿通孔４１周縁の支持フランジと４１０と伝熱管３３とのロウ付けが適切になされているか否かを確認する検査工程において、ハウジング３０の下端開口部３０１から下段管挿通孔４１Ｂの相互間Ｓ１、さらには切欠４３１，４３２を通じて、上段ロウ付け孔４２Ａ周辺のロウ材の付着量や付着状態などロウ付け状態を目視或いは検査カメラによる処理によって視認することが可能である。尚、上段ロウ付け孔４２Ａ側に面する第１の切欠４３１は、上記ロウ付け状態の視認性を阻害しない範囲において、下段管挿通孔４１Ｂの相互間Ｓ１側に面する第２の切欠４３２より小幅（例えば、２ｍｍ）に設定してもよい。

また、熱効率と上記ロウ付け状態の視認性とを共に考慮して、第２の切欠４３２の一側端面は、支持フランジ４１０の外周と上段ロウ付け孔４２Ａとの接点Ｐを通り、中央の伝熱管挿通孔４１Ｃの支持フランジ４１０の外周に接する直線（以下、「一端基準線」という）Ｌ２上に配され、第２の切欠４３２の他側端面は、上記接点Ｐから中央の伝熱管挿通孔４１Ｃと下段管挿通孔４１Ｂとの間へ向かって延びる直線（以下、「他端基準線」という）Ｌ３上に配されている。即ち、切欠４３１，４３２は、下段管挿通孔４１Ｂの相互間Ｓ１の一部範囲（ここでは、一端基準線Ｌ２から他端基準線Ｌ３までの範囲）のみを通じて上段ロウ付け孔４２Ａ周辺のロウ付け状態を視認可能とする大きさに形成されている。

一端基準線Ｌ２と他端基準線Ｌ３とがなす角Ｒ１は、ハウジング３０の下端開口部３０１から上段ロウ付け孔４２Ａのロウ付け状態を視認可能な範囲として、所定角度（例えば、９．９度）に設定されているが、上記角Ｒ１は、伝熱管挿通孔４１や上段ロウ付け孔４２Ａ、バーリング孔４３の配置、大きさに応じて適宜設定される。尚、上述した伝熱フィン３２より切欠４３１，４３２の幅が大きくなるよう、第２の切欠４３２の他側端面を、接点Ｐを通って下段管挿通孔４１Ｂの支持フランジ４１０の外周に接する直線上に配し、角Ｒ１を広角（例えば、２３度）にした伝熱フィンを用いて熱効率の測定試験を実施したところ、フランジ部４３０に切欠４３１，４３２が設けられていない伝熱フィンを有する熱交換器と比べて、約０．５０％の熱効率の低下が認められた。これに対し、上記実施の形態の伝熱フィン３２を採用した熱交換器３では、約０．２５％の低下に抑制することができた。

このように、上記実施の形態によれば、伝熱フィン３２相互の間隙Ｈ１へ導入される燃焼ガスの流れがバーリング孔４３のフランジ部４３０によって分散され、各伝熱管３３の周辺へ均等に行き渡るから、ハウジング３０内の上下域で伝熱管３３の伝熱度合にばらつきが生じ難く、高い熱効率を発揮できる。しかも、このものでは、上段ロウ付け孔４２Ａを含む全てのロウ付け孔４２周辺における伝熱フィン３２と伝熱管３３とのロウ付け状態を確認することも可能であるから、伝熱フィン３２と伝熱管３３とのロウ付け不良を確実に検出できる。

また、このものでは、切欠４３１，４３２が下段管挿通孔４１Ｂの相互間Ｓ１の一部範囲のみを通じて上段ロウ付け孔４２Ａ周辺のロウ付け状態を視認可能とする大きさに形成されているから、高熱効率を維持しつつ、伝熱フィン３２と伝熱管３３とのロウ付け不良を確実に検出できる。

さらに、給湯熱交換部３Ａの伝熱フィン３２も風呂熱交換部３Ｂの伝熱フィン３２と同様に構成されたものとすれば、給湯熱交換部３Ａ側においても熱効率が向上するし、伝熱フィン３２と伝熱管３３とのロウ付け不良を確実に検知することもできる。

また、上記実施の形態では、各伝熱管挿通孔４１の外周縁の下部中央にロウ付け孔４２が設けられたものを説明したが、図５に示すように、各伝熱管挿通孔４１の外周縁の上部中央に隣接してロウ付け孔４２が設けられ、バーリング孔４３周縁のフランジ部４３０の、下段管挿通孔４１Ｂの支持フランジ４１０の外周とそれに隣接する下段ロウ付け孔４２Ｂとの接点Ｐから、二つの上段管挿通孔４１Ａの相互間Ｓ２を通ってハウジング３０の上端開口部３０２に至る直線Ｌ４上に、切欠４３１，４３２が設けられたものとしてもよい。このものでは、ハウジング３０の上端開口部３０２から上段管挿通孔４１Ａの相互間Ｓ２、さらには切欠４３１，４３２を通じて下段ロウ付け孔４２Ｂ周辺のロウ付け状態を視認することが可能である。従って、上記実施の形態と同様の作用効果が発揮される。

さらに、図５に示すように、伝熱フィン３２の上端３２１に沿って、伝熱フィン３２の後面側へ突出する分流フランジ４４０が設けられ、分流フランジ４４０の上段ロウ付け孔４２Ａ上に、所定幅の切欠４４１が設けられたものとしてもよい。このものでは、上段管挿通孔４１Ａの周辺を通過した燃焼ガスの一部が分流フランジ４４０に接触して分散され、伝熱フィン３２の上端３２１全体へ均等に行き渡るから、熱効率が一層向上する。また、上段ロウ付け孔４２Ａ周辺のロウ付け状態は、ハウジング３０の上端開口部３０２から切欠４４１を通じて視認することが可能であると共に、下段ロウ付け孔４２Ｂ周辺のロウ付け状態は、分流フランジ４４０の非形成部から上段管挿通孔４１Ｂ相互の間隙Ｓ２、さらにはバーリング孔４３周縁のフランジ部４３０の切欠４３１，４３２を通じて視認することが可能であるから、伝熱フィン３２と伝熱管３３とのロウ付け不良を確実に検知することもできる。

尚、上記実施の形態では、伝熱管３３がハウジング３０の側壁相互間に上下複数列で延設された熱交換器３について説明したが、図５に示した熱交換器３のように伝熱フィン３２の上端３２１に沿って分流フランジ４４０が設けられたものにおいては、ハウジング３０の側壁相互間に複数の伝熱管３３が同一高さに一列で配置されたものであってもよい。

本発明は、風呂追焚機能を有する給湯器に組み込まれる熱交換器に限定されるものではなく、給湯暖房用熱源機や給湯機能のみ有する給湯器、温水を利用した暖房機等に組み込まれる熱交換器にも適用できる。

３ 熱交換器
３０ ハウジング
３０１ 下端開口部（流入口）
３０２ 上端開口部（流出口）
３０３，３０４ 側壁
３２ 伝熱フィン
３３ 伝熱管
４１ 伝熱管挿通孔
４２ ロウ付け孔
４３ バーリング孔
４３０ フランジ部
４３１，４３２ 切欠

Claims (3)

1. 気体の流入口および流出口を有する略矩形箱状のハウジングと、ハウジングの対向する二つの側壁相互間に所定の間隙を存して複数並設される板状の伝熱フィンと、前記側壁相互間に延設され且つ伝熱フィンに対して直交する向きで貫挿され、伝熱フィンにロウ付け固定される伝熱管とを備えた熱交換器であって、
   伝熱フィンの各伝熱管挿通孔の周縁部に、伝熱管と伝熱フィンとを固定させるロウ材の挿入孔としてロウ付け孔が開設され、
   伝熱フィンの伝熱管挿通孔の相互間に、伝熱フィン相互の間隙へ導入される気体の流れを分散させるフランジ部が立設され、
   フランジ部に、ハウジングの前記流入口または流出口の何れか一方の開口部からロウ付け孔周辺のロウ付け状態を視認可能とする切欠が設けられた、熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、
   前記伝熱管が、ハウジングの対向する二つの側壁相互間に上下複数列で延設され、
   前記フランジ部が、伝熱フィンの上下に並ぶ伝熱管挿通孔の相互間に立設された、熱交換器。
3. 請求項２に記載の熱交換器において、
   前記切欠が、ハウジングの前記一方の開口部から伝熱管挿通孔の相互間の一部範囲のみを通じてロウ付け孔周辺のロウ付け状態を視認可能とする大きさに形成された、熱交換器。

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