JP6112343B2 - ヒータ取付け構造およびこの構造を備えた熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば給湯装置を構成する熱交換器の凍結防止などを図るのに用いられるヒータの取付け構造、およびこの構造を備えた熱交換器に関する。

本出願人は、凍結防止用のヒータを熱交換器に取り付けるための手段として、特許文献１に記載のものを先に提案している。同文献に記載の手段を、図８に示す。
同図においては、ヒータＨを保持するホルダ２に、バネ性を有する取付け片８が接合されている。この取付け片８は、ホルダ２の上方および下方に突出した上片部８０および下片部８１を有している。これら上片部８０の上端部、および下片部８１の下端部は、熱交換器Ｂの缶体１の上部側および下部側に形成された第１および第２の隙間１４ａ，１４ｂに進入し、それらの手前側に位置する第１および第２の壁部１３ａ，１３ｂに係合している。このような係合は、少なくとも下片部８１に撓み変形を生じさせた状態でなされている。このことにより、取付け片８は、ホルダ２を缶体１側に押圧するバネ力を発揮する。
このような構成によれば、缶体１にホルダ２を圧接させることができるために、これらの接触面積（伝熱面積）を大きくし、ヒータＨによる加熱効率をよくすることができる。また、ホルダ２の取り付けを安定したものとすることも可能である。

しかしながら、前記従来技術においては、次のように、未だ改善すべき余地があった。

すなわち、従来においては、下片部８１の下端部を第２の壁部１３ｂに係合させるための手段として、下片部８１の下端部を、第２の隙間１４ｂ内のかなり低い位置まで進入させている。このため、ヒータＨの取り付け作業時において、下片部８１の下端部を、矢印Ｎ１０，Ｎ１１で示すような経路で移動させて第２の壁部１３ｂに係合させる際の前記下端部の上下高さ方向の移動ストロークは、比較的大きなものとなる。一方、前記したような作業は、下片部８１のバネ力に抗して下片部８１を撓ませながら行なう必要がある。このようなことから、下片部８１を第２の壁部１３ｂに係合させる作業は、やや面倒なものとなっており、ヒータの取り付け作業性を良くする上で、未だ改善の余地があった。

なお、取付け片８の剛性を小さくし、取付け片８がかなり弱い力で変形するようにすれば、ヒータの取付け作業性をある程度改善することは可能である。ところが、そのような手段を単に採用しただけでは、ヒータＨの取付け状態の不安定化を招く。ヒータＨは、たとえば給湯装置が施工される前の搬送時などに脱落したり、あるいは大きなガタツキを生じないように、熱交換器Ｂに対して強固に取り付けられていることが要望されるが、取付け片８を単に変形し易くしただけでは、そのような要望に的確に応えることは難しい。

特開２０１２−４９０９１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、ヒータの取り付け状態が不安定になるといった不具合を適切に回避しつつ、ヒータの取り付け作業を従来よりも容易に行なうことが可能なヒータ取付け構造、およびこの構造を備えた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ヒータ取付け構造は、ヒータを保持するホルダと、このホルダの上方および下方に突出した上片部および下片部を有し、かつ前記ホルダを加熱対象部位に対向させるように支持するための取付け片と、前記加熱対象部位の上部領域および下部領域にそれぞれ第１および第２の隙間を介して対向する第１および第２の壁部と、を備えており、前記上片部の上端側は、前記第１の隙間に挿入されて前記第１の壁部に係合し、かつ前記下片部は、前記加熱対象部位との対面方向に撓み変形を生じるように設定された上で、その下端側が前記第２の壁部に係合していることにより、前記取付け片は、前記ホルダを前記加熱対象部位側に押圧するバネ力を発揮するように構成されている、ヒータ取付け構造であって、前記第２の壁部の上縁部には、上側開口状の切欠き凹部が形成されており、前記下片部の下端側には、基端側部分が幅広部とされ、かつ先端側部分が幅狭部とされた幅変化部が形成されており、前記下片部の下端側を前記第２の壁部に係合させるための手段として、前記幅狭部を前記切欠き凹部に嵌入し、かつ前記幅広部を前記第２の壁部の内側面に当接させる構造が用いられており、前記上片部には、ともに前記加熱対象部位の正面方向に突出し、かつ上下に位置ずれしている第１および第２の突起部が設けられており、前記第１の突起部は、前記上片部の上部側を前記第１の隙間に進入させた際に、前記第１の壁部に設けられている貫通孔に挿入させることが可能であり、前記第２の突起部は、前記幅狭部を前記切欠き凹部に嵌入させた際に、前記第１の壁部の下縁部に当接し、前記取付け片が上方へ位置ずれすることを阻止可能であることを特徴としている。

このような構成によれば、取付け片の下片部の下端側を第２の壁部に係合させるには、下片部の幅狭部を第２の壁部の上縁部の切欠き凹部に嵌入させて、下片部の幅広部を第２の壁部の内側面に当接させればよい。幅広部を第２の隙間内の低い位置まで大きく下降させる必要はないため、ヒータ取り付け作業時における下片部の下端部分の上下高さ方向の移動ストロークは、前記従来技術よりもかなり小さくなる。したがって、ヒータの取り付け作業性が従来にも増して良くなる。
また、このようにヒータの取り付け作業性が良くなれば、取付け片を過剰に撓み易くする必要もない。したがって、取付け片のバネ特性を適度なものとし、ヒータの取り付け状態を安定させることもできる。

さらにこのような構成によれば、ヒータの取り付け作業を行なう場合に、第１の突起部を貫通孔に挿入させておくことによって、その後の作業時において、上片部の上部側が第１の隙間内からその下方に容易に脱出しないようにすることができる。一方、下片部に設けられた幅変化部の幅狭部を切欠き凹部に嵌入させた状態では、第２の突起部が第１の突起部の下縁部に当接する作用によって、取付け片が上方に位置ずれすることが阻止されるために、下片部の幅狭部が切欠き凹部の上方に脱出するといった不具合を生じないようにすることができる。

本発明において、好ましくは、前記第２の突起部は、前記第１の突起部よりも突出寸法が大きくされている。

このような構成によれば、上片部の上部側を第１の隙間に進入させる際に、第２の突起部が第１の壁部の下縁に当接し易くなり、第１の隙間内に不当に進入し難くなる。したがって、第１の突起部を第１の壁部の貫通孔に挿入させつつ、第２の突起部を下向き起立壁の下縁部に当接させる作業が容易となる。

本発明において、好ましくは、前記取付け片の上片部および下片部の少なくとも一方は、中央寄り部分が開口した枠状に形成されている。

このような構成によれば、取付け片の表面積の減少を図り、ヒータの熱が取付け片を介して外部に放熱されるロス、あるいは取付け片から他の部材に伝達される熱量を減少させることができる。また、取付け片の剛性を下げ、取付け片の下片部を撓み変形させて所定箇所に組み付ける際に必要な力を調整することも容易となる。

本発明の第２の側面により提供される熱交換器は、伝熱管を有する熱交換器であって、前記伝熱管の凍結防止を図るためのヒータ取付け構造として、本発明の第１の側面により提供されるヒータ取付け構造が用いら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、本発明の第１の側面により提供されるヒータの取付け構造について述べたのと同様な効果が得られる。

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。

本発明に係るヒータ取付け構造を備えた熱交換器の一例を示す斜視図である。 図１に示すヒータ取付け構造に用いられるホルダおよび取付け片を示す斜視図である。 図１のIII−III断面図である。 （ａ）は、図１〜図３に示された取付け片の要部斜視図であり、（ｂ）は、前記取り付け片の組み付け状態を示す要部斜視図である。 図１〜図３に示された取付け片の組み付け途中状態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斜視図である。 本発明の他の例を示し、（ａ）は、熱交換器の要部斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の構造に用いられているヒータ用のホルダの斜視図である。 従来技術の一例を示す断面図である。

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。
以降の説明において、前記従来技術と同一または類似の要素については、前記従来技術と同一の符号を適宜用いている。

図１に示す実施形態においては、熱交換器Ａの缶体１に、凍結防止用のヒータＨが、ホルダ２および取付け片３を利用して取り付けられている。
熱交換器Ａは、たとえば給湯装置の構成機器であり、上面および下面が開口した金属製の缶体１内に、多数のフィン５０を備えた伝熱管５が配置された構成を有している。本実施形態では、缶体１の側面部１０が、ヒータＨによる加熱対象部位である。

図３に示すように、熱交換器Ａは、ヒータＨの取り付けに利用される部位として、第１および第２の壁部１３ａ，１３ｂを有している。これら第１および第２の壁部１３ａ，１３ｂは、缶体１の上部および下部フランジ１１ａ，１１ｂに断面略Ｌ字状などの補助部材１２ａ，１２ｂを接合することにより設けられている。第１の壁部１３ａは、下向き起立状であり、缶体１の側面の上部領域に対して第１の隙間１４ａを介して対向している。第２の壁部１３ｂは、上向き起立状であり、缶体１の側面の下部領域に対して第２の隙間１
４ｂを介して対向している。

ヒータＨとしては、配線コード９０が接続された２本の円柱状の電熱ヒータが用いられている。ホルダ２は、ヒータＨを内部に収容するケース状であり、金属製の後側部材２０と前側部材２１とを組み合わせて構成されている。このホルダ２の基本的な構成は、既述した特許文献１と同様であり、その詳細は省略する。

取付け片３は、ホルダ２を缶体１の側面部１０に対面接触させるように取り付けるためのものであり、帯状の金属片を用いて構成されている。この取付け片３は、たとえばスポット溶接などの手段によりホルダ２の前側部材２１に接合され、かつホルダ２の上方および下方にそれぞれ突出する上片部３０および下片部３１を有している。

図２および図３によく表われているように、取付け片３の上片部３０には、第１および第２の突起部３２ａ，３２ｂが設けられている。これら第１および第２の突起部３２ａ，３２ｂは、ともに上片部３０の手前方向（缶体１の側面部１０の正面方向）に突出している。ただし、第２の突起部３２ｂは、第１の突起部３２ａの下方に位置し、かつその突出寸法は第１の突起部３２ａよりも大きくされている。ヒータＨの取り付け時においては、上片部３０の上端部が第１の隙間１４ａに挿入されるが、その際、第１の突起部３２ａは第１の壁部１３ａに設けられている貫通孔１９に挿入され、第１の壁部１３ａに係合される。第２の突起部３２ｂは、第１の壁部１３ａの下縁部に当接することにより、取付け片３が一定以上に上昇しないようにするための部分である。第１の壁部１３ａの下縁部には、下向き開口状の切欠き凹部１６が形成されている。この切欠き凹部１６に第２の突起部３２ｂが進入することにより、左右幅方向における上片部３０の位置決めも図られる。

取付け片３の下片部３１の下端側には、幅変化部３８が形成されている。図４によく表われているように、この幅変化部３８のうち、取付け片３の基端側部分は幅広部３８ａであり、先端側部分は幅狭部３８ｂである。ここで、幅広および幅狭は、相対的なものであり、幅広部３８ａおよび幅狭部３８ｂは、それらの幅Ｗ１，Ｗ２が、Ｗ１＞Ｗ２の関係であればよい。なお、取付け片３の下端先端部には、指で操作するための摘まみ部３９が形成されている。

第２の壁部１３ｂには、下片部３１の下端側を係合させるための手段として、上側開口状の切欠き凹部１８、およびこの切欠き凹部１８に繋がった状態でその上部側に位置する補助切欠き凹部１８ａが形成されている。切欠き凹部１８の幅Ｗ３、および補助切欠き凹部１８ａの幅Ｗ４は、幅変化部３８のＷ１，Ｗ２との関係において、Ｗ４≧Ｗ１＞Ｗ３≧Ｗ２の関係である。このため、図４（ｂ）に示すように、幅狭部３８ｂを切欠き凹部１８に嵌入させた場合には、幅広部３８ａの端縁を第２の壁部１３ｂの内側面に当接させることが可能である。第２の壁部１３ｂに対する下片部３１の係合は、このような構造によって実現される。なお、幅狭部３８ｂを切欠き凹部１８に嵌入させる際には、幅広部３８ａを補助切欠き凹部１８ａに進入させた状態で、摘まみ部３９を前方に押していく。その際には、幅広部３８ａが補助切欠き凹部１８ａによって左右幅方向への移動が規制された状態でガイドされ、下片部３１が左右幅方向に大きく振れないようにすることができる。ただし、本発明では、第２の壁部１３ｂには補助切欠き凹部１８ａを設けることなく、切欠き凹部１８のみを設けた構成とすることもできる。

上片部３０および下片部３１のうち、少なくとも下片部３１は適度なバネ性を有している。図３に示すヒータＨの取り付け構造においては、下片部３１は、缶体１の側面部１０との対面方向において撓み変形を生じた状態（より厳密には、図３の仮想線で示す自然状態と比較して、下片部３１が缶体１の側面部１０寄りに撓んだ状態）にある。このことにより、取付け片３は、ホルダ２を缶体１の側面部１０側に押圧するバネ力Ｆ１を発揮し、
ホルダ２は側面部１０に圧接している。

図２によく表われているように、下片部３１の幅方向中央寄り部分には、下片部３１の長手方向に延びた開口部３７が形成されており、下片部３１は枠状（中空状）に形成されている。上片部３０も開口部３７を有する枠状に形成されている。

次に、前記したヒータ取付け構造の作用について説明する。

缶体１に対するヒータＨの取り付けを図るには、上片部３０の上端側を第１の壁部１３ａに係合させた後に、下片部３１の下端側を第２の壁部１３ｂに係合させる。ここで、上片部３０の上端側を第１の壁部１３ａに係合させる場合には、図５に示すように、先ず第１の突起部３２ａを第１の隙間１４ａに進入させてから、貫通孔１９に挿入させる。第２の突起部３２ｂは、第１の突起部３２ａよりも突出寸法が大きいために、前記作業時において、第２の突起部３２ｂは第１の壁部１３ａに当接し易く、この第２の突起部３２ｂが第１の隙間１４ａ内に不当に進入する虞は少なくなる。

一方、下片部３１の下端側を第２の壁部１３ｂに係合させるには、図４を参照して説明したように、幅変化部３８の幅狭部３８ｂを切欠き凹部１８に嵌入させればよい。このことにより、幅広部３８ａの端縁が第２の壁部１３ｂの内側面に当接した係合状態が得られる。この作業においては、下片部３１の下端側を第２の隙間１４ｂ内の低い位置に配置させる必要はない。下片部３１の下端側の上下高さ方向の移動ストロークは、切欠き凹部１８の深さと同等程度であり、小さいものとなる。したがって、前記した係合作業は容易である。さらに、幅狭部３８ｂを切欠き凹部１８に嵌入させる際には、既述したように、幅広部３８ａを補助切欠き凹部１８ａに進入させることによって、下片部３１が左右幅方向に大きく振れないようにすることができるために、前記係合作業はより容易となる。
加えて、作業性を良くすることを目的として下片部３１を過剰に撓み易くする必要もなくなる。したがって、下片部３１にある程度の剛性、強度をもたせることによって、ヒータＨの取り付け状態を強固かつ安定したものとすることが可能である。

幅狭部３８ｂを切欠き凹部１８に嵌入させる際、および嵌入させた後には、第２の突起部３２ｂが第１の壁部１３ａの下縁部に当接し、取付け片３が不当に上昇することが防止される。したがって、下片部３１の下端側を下向きに付勢するバネ力Ｆ２も適切に生じさせることが可能となり、この作用に基づき、幅狭部３８ｂが切欠き凹部１８の上方に容易に脱出しないようにすることもできる。

幅狭部３８ｂを切欠き凹部１８に嵌入させれば、下片部３１が左右幅方向に位置ずれしないようにすることができる。一方、第２の突起部３２ｂも第１の壁部１３ａに設けられた切欠き凹部１６に嵌入させることによって左右幅方向に位置ずれしないように設定できる。このようなことにより、取付け片３の全体、ひいてはホルダ２やヒータＨが、左右幅方向に容易に位置ずれしないように安定させることも可能となる。

図１および図３に示すように、下片部３１の前面側には、熱交換器Ａの異常温度上昇を検出するための温度ヒューズ７が配される場合がある。これに対し、下片部３１は、開口部３７を有する枠状とされており、その表面積が小さいために、この下片部３１と温度ヒューズ７とが接触した状態に設定されたとしても、その接触面積を小さくし、ヒータＨの熱が下片部３１を介して温度ヒューズ７に伝わる熱量を少なくすることができる。また、下片部３１の表面積を小さくすれば、温度ヒューズ７に接触しているか否かには関係なく、この下片部３１からの放熱量を少なくする効果が得られる。さらに、下片部３１に開口部３７を設ける構成によれば、この開口部３７のサイズ変更などによって、下片部３１の剛性を調整することも容易となる。

図６および図７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している。

図６（ａ）に示す実施形態では、下片部３１の幅変化部３８Ａが、一対の凹部３８’を形成することによって設けられている。一対の凹部３８’によって挟まれた部分が幅狭部３８ｂであり、この幅狭部３８ｂよりも下片部３１の基端側が幅広部３８ａである。
図６（ｂ）に示す実施形態では、下片部３１の幅変化部３８Ｂが、一対の凸部３８”を形成することによって設けられている。一対の凸部３８”の形成箇所が幅広部３８ａであり、この幅広部３８ａよりも下片部３１の先端側が幅狭部３８ｂである。
これらのいずれの実施形態においても、幅狭部３８ｂを第２の壁部１３ｂの切欠き凹部１８に嵌入させることによって、幅広部３８ａを第２の壁部１３ｂの内側面に当接させることが可能である。

図７に示す実施形態では、ホルダ２が、１つのヒータＨのみを保持するものとして構成されている。取付け片３は、図１〜図５に示したものと同様な構成である。本実施形態では、ヒータＨを保持するホルダ２が、伝熱管接続用のＵ字管部５ａの相互間の狭い領域に取り付けられている。熱交換器ＡにヒータＨを取り付ける場合には、本実施形態のような態様とすることもできる。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るヒータ取付け構造、および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。

取付け片は、必ずしも単一部材で構成されていなくてもよく、上片部と下片部とが別部材によって構成されていてもよい。また、取付け片の一部または全部をホルダの構成部材と一体的に形成するといったことも可能である。ヒータは、円柱状、あるいはその他の棒状のものに限らない。ホルダは、ヒータを保持する機能を有すればよく、ヒータの全体を取り囲むケース状に形成されていなくてもよい。本発明に係るヒータの取付け構造は、凍結防止以外の目的で用いることが可能である。したがって、ヒータによる加熱対象は、熱交換器に限定されず、種々の装置・機器類を加熱対象とすることができる。本発明に係る熱交換器は、給湯装置用のものに限定されない。

Ａ 熱交換器
Ｈ ヒータ
２ ホルダ
３ 取付け片
１０ 缶体の側面部（加熱対象部位）
１３ａ，１３ｂ 第１および第２の壁部
１４ａ，１４ｂ 第１および第２の隙間
１８ 切欠き凹部
１９ 貫通孔
３０ 上片部（取付け片の）
３１ 下片部（取付け片の）
３２ａ，３２ｂ 第１および第２の突起部
３８，３８Ａ，３８Ｂ 幅変化部
３８ａ 幅広部
３８ｂ 幅狭部

Claims (4)

1. ヒータを保持するホルダと、
   このホルダの上方および下方に突出した上片部および下片部を有し、かつ前記ホルダを加熱対象部位に対向させるように支持するための取付け片と、
   前記加熱対象部位の上部領域および下部領域にそれぞれ第１および第２の隙間を介して対向する第１および第２の壁部と、を備えており、
   前記上片部の上端側は、前記第１の隙間に挿入されて前記第１の壁部に係合し、かつ前記下片部は、前記加熱対象部位との対面方向に撓み変形を生じるように設定された上で、その下端側が前記第２の壁部に係合していることにより、前記取付け片は、前記ホルダを前記加熱対象部位側に押圧するバネ力を発揮するように構成されている、ヒータ取付け構造であって、
   前記第２の壁部の上縁部には、上側開口状の切欠き凹部が形成されており、
   前記下片部の下端側には、基端側部分が幅広部とされ、かつ先端側部分が幅狭部とされた幅変化部が形成されており、
   前記下片部の下端側を前記第２の壁部に係合させるための手段として、前記幅狭部を前記切欠き凹部に嵌入し、かつ前記幅広部を前記第２の壁部の内側面に当接させる構造が用いられており、
   前記上片部には、ともに前記加熱対象部位の正面方向に突出し、かつ上下に位置ずれしている第１および第２の突起部が設けられており、
   前記第１の突起部は、前記上片部の上部側を前記第１の隙間に進入させた際に、前記第１の壁部に設けられている貫通孔に挿入させることが可能であり、
   前記第２の突起部は、前記幅狭部を前記切欠き凹部に嵌入させた際に、前記第１の壁部の下縁部に当接し、前記取付け片が上方へ位置ずれすることを阻止可能であることを特徴とする、ヒータ取付け構造。
2. 請求項１に記載のヒータ取付け構造であって、
   前記第２の突起部は、前記第１の突起部よりも突出寸法が大きくされている、ヒータ取付け構造。
3. 請求項１ないし２のいずれかに記載のヒータ取付け構造であって、
   前記取付け片の上片部および下片部の少なくとも一方は、中央寄り部分が開口した枠状に形成されている、ヒータ取付け構造。
4. 伝熱管を有する熱交換器であって、
   前記伝熱管の凍結防止を図るためのヒータ取付け構造として、請求項１ないし３のいずれかに記載のヒータ取付け構造が用いられていることを特徴とする、熱交換器。

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