JP6153060B2 - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝熱管がケース内に収容された構成を有し、瞬間式給湯器用の熱交換器などとして用いるのに好適な熱交換器、およびその製造方法に関する。

瞬間式ガス給湯器などで用いられる熱交換器は、ガスバーナで発生された燃焼ガスが導入されるケース内に複数の伝熱管が収容された構成とされている。このような熱交換器においては、ケースの側板部に設けられた複数の貫通孔に伝熱管の端部を挿入することにより、ケース外部から伝熱管内への入水および出湯を可能としている。各伝熱管については、ケースに対して適切に固定させる必要があり、そのための手段として、各伝熱管の端部の外周面をケースの側板部にロウ付け、または溶接する手段が採用されている（たとえば、特許文献１，２を参照）。

しかしながら、ロウ付けでは、真空炉などの大掛りな設備が必要であって、製造コストが高価となり、また少量生産には余り適さない。これに対し、溶接では、そのような不利はない。ただし、従来においては、複数の伝熱管の端部をケースの側板部に溶接する場合に、この溶接を十分に満足し得る程度まで作業効率良く、かつ適切に行なうことを可能とする手段は、提案されていないのが実情である。

たとえば、図９に示すように、間隔を隔てて並んだ複数の伝熱管９０をケースの側板部９１に貫通させた状態において、これら複数の伝熱管９０を側板部９１に溶接する場合、同図仮想線８９に示すように、複数の伝熱管９０のそれぞれの全周を１箇所ずつ順番に溶接することが考えられる。同図において、符号Ｐｓは溶接の始点であり、符号Ｐｅは溶接の終点である。
ところが、このような手段では、溶接作業を複数回にわたって繰り返すこととなるために、１回の溶接作業を終了する都度、溶接の終点Ｐｅの酸化防止を図るためのアフタフローを行なう必要が生じる。これでは、複数の伝熱管９０の全ての溶接を終えるのに要する作業時間が相当に長くなる。溶接開始時のプリフローを長くとる場合には、溶接作業時間はさらに長くなる。このようなことから、前記手段では、生産性が余り良好ではなく、熱交換器の製造コストが高くなる不具合がある。
また、溶接作業の所要時間をできる限り短くしようとして、溶接速度を速めると、溶接の品質が低下する不具合を招く。さらに、溶接の終点は、溶接部のうちで最も品質劣化を生じ易い箇所であるが、前記手段によれば、そのような溶接の終点が複数の伝熱管９０と同数だけ生じる。したがって、溶接の品質を良好にする上でも、改善の余地がある。

特許第４６４６３８３号公報 特許第３８０４７２７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、ケースの側板部と複数の伝熱管とを作業性よく、かつ品質が良好な状態に溶接することが可能な熱交換器、およびそのような熱交換器を適切に製造することが可能な熱交換器の製造方法を提供することを、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熱交換器は、複数の伝熱管と、これら複数の伝熱管を内部に収容するケースと、を備えており、前記複数の伝熱管は、前記ケース内に位置決め固定される螺旋状または蛇行状の主管体部と、この主管体部に繋がって所定のｘ方向に延び、かつｘ方向に対して交差するｚ方向に離間した第１および第２の延設管体部と、を有しており、前記ケースの側板部には、前記側板部のｚ方向の中心線を挟んでｚ方向に離間した第１および第２の領域が設けられ、かつこれら第１および第２の領域は、前記複数の伝熱管の端部としての第１および第２の延設管体部が挿入される複数の貫通孔が、ｘ，ｚ方向に対して交差するｙ方向に間隔を隔てて並んで設けられた領域であり、前記第１および第２の領域において、前記複数の伝熱管の端部のそれぞれの全周が前記側板部に溶接されている、熱交換器であって、前記溶接は、前記複数の伝熱管の端部どうしの間を蛇行状に縫う経路の溶接部が、ｙ方向において往復して設けられた往復蛇行状の溶接とされ、この往復蛇行状の溶接は、全体が一筆書き状に繋がり、溶接の始点および終点のそれぞれが１箇所ずつとされており、前記第１および第２の領域における前記溶接の終点は、前記複数の伝熱管の端部の周囲のうち、前記側板部のｚ方向の中心線寄りの位置とされているとともに、前記溶接は、その終点が始点を越えた配置とされて、これら終点と始点との間においては、往きの溶接部と戻りの溶接部とが重なった構成とさ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、各伝熱管をケースの側板部に溶接しているために、ロウ付け手段と比較して、少量生産などに適し、製造コストを低減する利点が得られることに加え、次のような効果がさらに得られる。
第１に、複数の伝熱管の各端部がケースの側板部に対して適切に溶接された構造が実現できるが、この溶接は、実質的に１回の溶接作業によって行なわれる。したがって、たとえば複数の伝熱管を個々に溶接する作業を複数回にわたって繰り返す場合とは異なり、溶接終了時のアフタフローは１回のみでよく、複数回行なう必要はない。また、溶接開始時のプリフローを行なう場合であっても、このプリフローは１回でよい。したがって、溶接作業時間を短くし、生産性を良好にすることにより、熱交換器の製造コストを低減することが可能である。
第２に、溶接終了時のアフタフローなどの所要時間を短縮できる分だけ、溶接作業に時間的な余裕をもたせることが可能となり、溶接進行速度（溶接トーチの移動速度）を遅くすることができる。溶接の品質は、溶接進行速度を速くするほど低くなる傾向があるが、本発明によれば、溶接進行速度を遅めにすることにより、溶接の品質を高めることができる。
第３に、溶接部のうち、溶接の終点は最も品質が悪化し易い箇所であるが、本発明によれば、溶接の終点の数は、最小数である。このことにより、溶接の品質をより高めることができる。

さらに、次のような効果も得られる。
すなわち、熱交換器を実際に使用する場合、この熱交換器に接続された配管経路においてウォータハンマが発生する場合がある。このようなウォータハンマが発生し、各伝熱管内の圧力が高くなると、後の実施形態において詳述するように、第１および第２の延設管体部とケースの側板部との溶接箇所のうち、側板部の縁部側（側板部のｚ方向の中心とは反対側）の部分には、溶接を剥離させる方向の引張応力が生じる。前記構成においては、溶接部のうち、最も品質低下を生じ易い溶接の終点が、そのような引張応力を生じる箇所を避けた位置にあり、溶接の終点に不当な応力を生じ難くすることができる。さらに、溶接の終点は、第１の延設管体部どうしの間や、第２の延設管体部どうしの間をも避けた位置であるために、溶接の均一化を図る上でも好ましいものとなる。このようなことから、各伝熱管とケースの側板部との溶接強度を高め、また耐ウォータハンマ性能を向上させて、耐久性に優れたものとすることができる。

本発明において、好ましくは、前記ケースの側壁部には、前記ケースの外方に向けて膨出する筒状の周壁部、およびこの周壁部の先端部を塞ぐ先端壁部を有する一対の膨出部が形成され、これら一対の膨出部の前記先端壁部が、前記第１および第２の領域とされているとともに、前記一対の膨出部の前記周壁部には、前記複数の伝熱管への流体流入用または流出用のヘッダが外嵌されて接合されている。

このような構成によれば、ヘッダの取り付けが容易であり、またヘッダをケースの側板部に直付けした構成であるために、構成の簡素化、部品点数の少数化を図ることができる。したがって、全体の製造コストを低減する上で、より好ましいものとなる。

本発明の第２の側面により提供される熱交換器の製造方法は、本発明の第１の側面により提供される熱交換器を製造するための熱交換器の製造方法であって、前記ケースの側板部に設けられた前記第１および第２の領域に設けられている前記複数の貫通孔に、前記複数の伝熱管の端部としての前記第１および第２の延設管体部を挿入する伝熱管挿入工程と、この伝熱管挿入工程の後において、前記複数の伝熱管の端部を前記側板部に溶接する溶接工程と、を有しており、前記溶接工程においては、前記複数の伝熱管の端部どうしの間を蛇行状に縫うようにして前記複数の伝熱管の端部のそれぞれの略半周ずつを順次溶接し、この溶接位置が前記複数の伝熱管の列の最端に位置する伝熱管の周囲に到達した際には、この伝熱管の端部の全周を溶接してから溶接進行方向を反転させ、その後は前記複数の伝熱管の端部のそれぞれの残りの略半周ずつを順次溶接し、前記複数の伝熱管の端部に対し、一筆書き状に繋がった溶接を施すとともに、前記第１および第２の領域における前記溶接の終点は、前記複数の伝熱管の端部の周囲のうち、前記側板部のｚ方向の中心線寄りの位置とし、かつ前記溶接は、その終点が始点を越えた配置とし、これら終点と始点との間においては、往きの溶接部と戻りの溶接部とを重ねることを特徴としている。

このような構成によれば、本発明に係る熱交換器を適切に製造することができ、本発明に係る熱交換器について述べたのと同様な効果が得られる。

本発明において、好ましくは、前記伝熱管挿入工程においては、前記伝熱管の端部を前記側板部の外側に突起状に突出した状態とし、前記溶接工程においては、前記側板部の外側から溶接を施し、前記貫通孔の周縁部に加え、前記伝熱管の端部の突出部分をも溶融させる。

このような構成によれば、ケースの側板部の外側からの溶接であるために、ケースの内側から溶接を行なう場合と比較して、溶接トーチの自由度を大きくし、溶接作業が容易となる。また、伝熱管の端部の突出部分を溶接時に溶融させれば、この部分を溶加棒の代替部として利用することが可能となり、溶加棒を別途用いる必要を無くし、溶接作業がより容易となる。

本発明において、好ましくは、前記溶接工程おいて、前記複数の伝熱管の端部どうしの間の領域を溶接する際には、他の領域を溶接する際よりも入熱を少なくする。

このような構成によれば、互いに接近して並んだ複数の伝熱管の周囲のうち、伝熱管どうしの間の領域の入熱が過剰にならないようにし、溶接の均一化を図るのに好ましいものとなる。

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。

本発明に係る熱交換器の一例を示す外観斜視図である。 （ａ）は、図１のIIa−IIa断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のIIb−IIb断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のIIc−IIc断面図である。 （ａ）は、図２（ｂ）の要部拡大断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のIIIb−IIIb拡大断面図である。 （ａ）は、図３（ａ）の一部を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す構造を得るための溶接工程を示す断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のIVc−IVc断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１の熱交換器を製造する際の溶接作業工程の一例を示す要部説明図である。 本発明の他の例を示す要部説明図である。 （ａ），（ｂ）は、図１に示す熱交換器の作用を模式的に示す説明図である。 本発明に係る熱交換器の他の例を示し、（ａ）は、平面断面図であり、（ｂ）は、(ａ)のVIIIb−VIIIb断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のVIIIc−VIIIc断面図である。 （ａ），（ｂ）は、背景技術を示し、（ａ）は要部平面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の要部正面図である。

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。

図１および図２に示す熱交換器ＨＥ１は、たとえばガスバーナなどのバーナ（図示略）によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なって湯水加熱を行なう用途に好適なものであり、たとえば給湯装置の潜熱回収用に用いられる熱交換器である。
この熱交換器ＨＥ１は、ケース２と、このケース２内に収容された複数の伝熱管１と、これら複数の伝熱管１の下端部および上端部に繋がった入水用および出湯用の一対のヘッダ３（３Ａ，３Ｂ）とを具備している。
なお、本実施形態では、ケース２の左右幅方向が本発明でいう「ｘ方向」、ケース２の前後幅方向が本発明でいう「ｙ方向」、上下方向が本発明でいう「ｚ方向」に相当し、図面において適宜示す。

複数の伝熱管１のそれぞれは、主管体部１１と、第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂとを有している。主管体部１１は、平面視長円状の複数の螺旋状管体であり、この螺旋状管体の軸長方向は上下方向である。複数の螺旋状管体は、互いにサイズが異なっており、略同心の重ね巻き状に配されている。主管体部１１は、ケース２内においてスペーサ（図示略）などを用いて位置決め固定されている。第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂは、主管体部１１の上部および下部に一体的に繋がり、かつ略水平に延びている。

ケース２は、略直方体状であり、このケース２の本体部２０（矩形筒状の胴体部）に加え、一対の側板部２１，２２を有している。本体部２０および側板部２１，２２のそれぞれは、たとえばステンレスなどの金属板を用いて構成されている。ケース２の後壁部２０ｃおよび前壁部２０ｄには、燃焼ガス用の給気口２５および排気口２６が設けられている。給気口２５からケース２内に流入した燃焼ガスは複数の伝熱管１の隙間を通過した後に排気口２６に到達するが、その過程において前記燃焼ガスから各伝熱管１により熱回収がなされ、各伝熱管１内を流通する湯水が加熱される。ケース２の上壁部２０ａおよび下壁部２０ｂには、伝熱管１との間に形成される隙間を小さくして熱交換効率を高めるための突出段部２０',２０”が適宜設けられている。

ケース２の側板部２１には、２つの膨出部２２（２２Ａ，２２Ｂ）がプレス加工によっ
て一体的に形成されている。これらの膨出部２２は、ヘッダ３の装着対象となる部分であるとともに、複数の伝熱管1の連結対象となる部分でもあり、本発明でいう「第１および第２の領域」の一例に相当し、側板部２１の上下方向の中心線Ｌａを挟んで上下に離間している。図３によく表われているように、各膨出部２２の先端壁部２２ｂには、複数の貫通孔２８が比較的接近した間隔で略水平方向に並んで設けられており、これらの貫通孔２８に、伝熱管１の端部（第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂの端部）が挿入されて溶接されている。この溶接は、側板部２１の外側から行なわれ、かつ側板部２１の内面側に裏ビード部２９が形成されるようにしてなされている。

裏ビード部２９は、伝熱管１の外周を覆うようにして伝熱管１に一体化しており、かつ側板部２１の内面からケース２の内方側に向けて突出している。裏ビード部２９の先端部およびその近傍部分は、この裏ビード部２９の先端側ほど伝熱管１の半径方向の厚みが漸減する形態となっている（図３（ａ）で示す伝熱管１の外面と裏ビード部２９の表面とがなす角度αは、９０°を超えている）。

具体的には、前記した溶接は、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、ケース２の側板部２１の各貫通孔２８に、伝熱管１の端部を挿入し、かつその一部を突出させた状態（突出部１３を設けた状態）で行なう。突出寸法は、たとえば０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度であるが、この寸法は、伝熱管１および側板部２１の厚みや材質などに応じて適宜変更できる。溶接は、たとえばＴＩＧ溶接であり、側板部２１の外側から片側溶接を行なう。この溶接に際しては、ＴＩＧ溶接トーチ９を貫通孔２８の周縁部に向けて対向させ、伝熱管１には直接対向させないようにする。このような設定状態でＴＩＧ溶接を開始すると、貫通孔２８の周縁部とともに伝熱管１の突出部１３をも溶融させることができる。突出部１３は、貫通孔２８の周縁部よりもＴＩＧ溶接トーチ９に接近しているために、この突出部１３に対して適切にアーク熱を作用させることが可能であり、溶接後においては伝熱管１の端部は、側板部２１の外面と略面一状の高さとされる。

図２（ｃ）の要部拡大図では、各伝熱管１の端部と側板部２１との溶接部８（８Ａ，８Ｂ）を、仮想線によって模式的に示している（後述の図５，図６，図８（ｃ）も同様）。各溶接部８は、複数の伝熱管１の端部どうしの間を蛇行状に縫うようにして図面左側に進行した経路をもつ溶接部８１と、図面右側に進行した経路をもつ溶接部８２とからなる往復蛇行状の溶接部である。この往復蛇行状の溶接部８は、全体が一筆書き状に繋がっており、その始点Ｐｓおよび終点Ｐｅは１箇所ずつである。

前記の溶接部８は、図５に示すような溶接方法により得られる。
すなわち、図５（ａ）の仮想線で示すように、たとえば右端に位置する伝熱管１の外周の一部を始点Ｐｓとして溶接を開始する場合、まず複数の伝熱管１の端部どうしの間を蛇行状に縫うように溶接を左側に進行させていき、複数の伝熱管１の端部のそれぞれの下側または上側の略半周ずつを交互に溶接していく（往きの溶接部８１の形成）。この溶接が左端に位置する伝熱管１まで進行した際には、この左端の伝熱管１の端部の全周を溶接してから溶接進行方向を反転させ、その後は同図（ｂ）に示すように、やはり複数の伝熱管１の端部どうしの間を蛇行状に縫うように溶接を進行させていく（戻りの溶接部８２の形成）。その際、各伝熱管１の端部のうち、往きの溶接部８１によって溶接されなかった残りの略半周を溶接する。同図（ｃ）に示すように、前記溶接が右端の伝熱管１の位置まで復帰した際には、始点Ｐｓを越え、右端の伝熱管１の下側の位置を終点Ｐｅとする。同図では、理解の容易のために始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間の２つの溶接部が重ならないように示しているが、実際には、これら２つの溶接部は互いに重なるように溶接を施す。始点Ｐｓ上に重ねて溶接を施せば、始点Ｐｓに溶接不備がある場合であっても、この不備を修正することが可能である。

前記の溶接作業において、複数の伝熱管１の相互間領域を溶接する際には、他の領域（伝熱管１の上側や下側の領域）を溶接する際よりも入熱を少なくする。複数の伝熱管１の相互間領域は、溶接が重なり気味で実行されるために、この領域への入熱が過剰にならないようにするためである。

図５に示した例では、複数の伝熱管１の相互間隔がかなり小さくされている。このため、溶接部８を複数の円弧状部分が繋がった形態とすることによって、伝熱管１の全周を適切に溶接することが可能である。これに対し、たとえば図６に示すように、複数の伝熱管１の相互間隔が比較的大きめである場合には、溶接部８の円弧状部分どうしの間に直線部８３を形成してもよい。

図２（ｃ）に示すように、上側の膨出部２２Ａにおける溶接部８（８Ａ）の終点Ｐｅは、この伝熱管１の下側（中心線Ｌａに接近する側）とされている。下側の膨出部２２Ｂにおける溶接部８（８Ｂ）の終点Ｐｅは、伝熱管１の上側（中心線Ｌａに接近する側）とされている。このことの意義については、後述する。

前記した溶接では、図３および図４（ａ）に示した裏ビード部２９を適切に形成することが可能である。伝熱管１の突出部１３は、溶加棒としての役割を果たすこととなるため、裏ビード部２９のボリュームを大きくし、側板部２１の内面からケース２の内方への突出寸法を大きくすることが可能である。また、伝熱管１の相互間領域の母材が少ない部分においても溶接不良を生じないようにすることができる。

図３に示すように、ヘッダ３は、側板部２１とは別体に形成されており、膨出部２２に対応した開口部３２を形成する開口縁部３３を有する内部空洞状の本体部３０と、この本体部３０の後面側に連結された継手用管体部３１とを有している。ヘッダ３は、その開口縁部３３が膨出部２２の周壁部２２ａに外嵌され、かつこの外嵌部分において溶接が施されていることにより、膨出部２２への固定が図られている。ヘッダ３内のうち、先端壁部２２ｂよりもケース２の外方側の領域は、各伝熱管１の内部に連通した湯水流通用のチャンバ３６である。

本実施形態によれば、次のような作用が得られる。

まず、図２（ｃ）に示した各溶接部８は、実質的に１回の溶接作業により設けられたものである。したがって、たとえば複数の伝熱管１を個々に溶接する作業を複数回にわたって繰り返す場合とは異なり、溶接終了時のアフタフローは１回のみでよく、複数回行なう必要はない。また、溶接開始時のプリフローを行なう場合であっても、このプリフローは１回でよい。したがって、溶接作業時間を短くし、熱交換器ＨＥ１の生産性を高めることが可能である。

既述したように、溶接作業時間の短縮が図れる結果、溶接進行速度（溶接トーチ９の移動速度）については、その分だけ遅くすることが可能となる。このことにより、溶接部８の全体の品質を高めることが可能である。また、溶接部８のうち、終点Ｐｅは、品質が最も悪くなり易い箇所であるものの、各溶接部８における終点Ｐｅは、１箇所に過ぎず、伝熱管１の数と同数だけ設けられた構成にはない。したがって、このことによっても溶接部８の品質を高めることができる。

本実施形態の熱交換器ＨＥ１は、次に述べるように、耐ウォータハンマ性能を向上させて、耐久性がより優れたものとすることができる効果も得られる。

まず、伝熱管１に配管接続された配管経路にウォータハンマが生じた場合について、図
７を参照して説明する。ウォータハンマの非発生時には、熱交換器ＨＥ１は、同図（ａ）に示す状態にある。これに対し、ウォータハンマが発生し、伝熱管１内の圧力が相当に高くなると、主管体部１１はケース２に固定されているために、第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂは、同図（ｂ）に示すように、上下方向に膨らむように変形し、側板部２１をケース２の内側に撓ませる力Ｆ２を発生させる。その際、膨出部２２の先端壁部２２ｂも撓み変形を生じる。このため、膨出部２２Ａにおける第１の延設管体部１０ａの溶接箇所では、この第１の延設管体部１０ａよりも上側の部分に引張応力σが発生する。膨出部２２Ｂにおける第２の延設管体部１０ｂの溶接箇所では、この第２の延設管体部１０ｂの下側の部分に引張応力σが発生する。前記した引張応力σが発生する箇所は、図２（ｃ）の符号ｎ１，ｎ２で示す部分およびその近辺である（本実施形態とは異なり、仮に、側板部２１に膨出部２２Ａ，２２Ｂが設けられていない構成とされ、かつ側板部２１に設けられた貫通孔に複数の伝熱管１が挿入して溶接されただけの構成の場合も同様な作用を生じる）。

これに対し、本実施形態の熱交換器ＨＥ１においては、溶接の不具合が最も生じ易い溶接の終点Ｐｅは、前記した符号ｎ１，ｎ２の近辺を避けた位置にあるため、終点Ｐｅに前記した引張応力σが作用しないようにし、耐ウォータハンマ性能を高めることができる。また、終点Ｐｅは、伝熱管１の相互間領域をも避けた位置であるため、溶接の均一性を高める上でも好ましいものとなる。

伝熱管１と側板部２１との溶接は、側板部２１の外側からの片側溶接であるために、側板部２１の内側において溶接を行なう場合とは異なり、ＴＩＧ溶接トーチ９が伝熱管１の螺旋状管体の部分に干渉するようなことが回避される。側板部２１をケース２の本体部２０に組み付けた後であっても、前記溶接作業を容易に行なうことが可能である。したがって、熱交換器ＨＥ１の生産性をより高め、その製造コストを低減することができる。

側板部２１の内面側に形成された裏ビード部２９は、伝熱管１の外周を覆うようにして伝熱管１に一体化し、かつケース２の内方側に突出しているために、たとえば単なる隅肉溶接などと比較すると、その溶接強度を高くし、耐久性により優れたものとすることができる。また、裏ビード部２９の先端部およびその近傍部分は、先端側ほど伝熱管１の半径方向の厚みが漸減しているために、応力集中を生じ易い断面急変箇所は存在しない。その結果、伝熱管１と側板部２１との接合箇所の強度がより高くなる。

ヘッダ３内のチャンバ３６には、伝熱管１の端部が突出していないために、チャンバ３６の容積が伝熱管１の存在によって狭められないようにすることができる。また、チャンバ３６内と伝熱管１内との間を湯水が流通する際の抵抗を小さくする効果も得られる。

その他、本実施形態によれば、側板部２１に対するヘッダ３の取り付けも、側板部２１の外側において簡易に行なえることとなる。ヘッダ３を側板部２１に直接取り付けた構成であるため、全体の部品点数も少なくし、熱交換器ＨＥ１の製造コストを低減する上でより好ましく、さらには全体の小型化を図る上でも好ましいものとなる。

図８は、本発明の他の実施形態を示している。同図において、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８においては、前記実施形態とは異なり、ケース２の左右幅方向が、本発明でいう「ｘ方向」に相当するが、上下方向が「ｙ方向」であり、ケース２の前後幅方向が「ｚ方向」である。
本実施形態の熱交換器ＨＥ２は、各伝熱管１の主管体部１１が、略水平な姿勢の蛇行状管体部とされており、複数の伝熱管１は、上下高さ方向に並んでいる。第１および第２の
延設管体部１０ａ，１０ｂは、ケース２の左右幅方向に延びているが、これらはケース２の前後幅方向に間隔を隔てている。このため、ケース２の側板部２１に設けられた２つの膨出部２２（２２Ａ，２２Ｂ）は、ケース２の前後幅方向の中心線Ｌｂを挟んでケース２の前後幅方向に離間した配置とされている。各膨出部２２における複数の貫通孔２８および伝熱管１の端部（第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂ）の配列方向は、上下方向である。

複数の伝熱管１の端部と側板部２１との溶接部８（８Ｃ，８Ｄ）は、先の実施形態の溶接部８（８Ａ，８Ｂ）と同様な往復蛇行状の溶接部であり、全体が一筆書き状に繋がり、その始点Ｐｓおよび終点Ｐｅは１箇所ずつである。ただし、複数の伝熱管１の相互間隔は比較的広いために、図６を参照して説明したような溶接方法が採用されている。前側の膨出部２２Ａにおける溶接の終点Ｐｅは、第１の延設管体部１０ａの後側（中心線Ｌｂ寄りの位置）である。これに対し、後側の膨出部２２Ｂにおける溶接の終点Ｐｅは、第２の延設管体部１０ｂの前側（中心線Ｌｂ寄りの位置）である。

本実施形態の熱交換器ＨＥ２においても、複数の伝熱管１の端部を側板部２１に溶接する作業の時間短縮や、溶接の終点Ｐｅの少数化などによる溶接品質の向上を図ることが可能である。ウォータハンマ発生時には、前記した熱交換器ＨＥ１と同様に、第１および第２の延設管体部１０ａ，１０ｂが膨らんで側板部２１を内側に引っ張って撓ませ、かつ各膨出部２２の先端壁部２２ｂも撓ませる。このことにより、伝熱管１と側板部２１との溶接部分に引張応力が生じるが、第１および第２の延設管体部１０ｂが膨らむ方向はケース２の前後幅方向であるため、符号ｎ１で示す第１の延設管体部１０ａの前側、および符号ｎ２で示す第２の延設管体部１０ｂの後側に引張応力が発生する。これに対し、溶接の終点Ｐｅは、そのような部分とは反対側に設けられているために、やはり溶接の終点Ｐｅに引張応力が集中することはなく、耐ウォータハンマ性能を高めることが可能である。

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で種々に設計変更自在である。

溶接部８の始点Ｐｓおよび終点Ｐｅの位置は、上述の実施形態で示した位置とは異なる位置とすることができる。本発明が意図する複数の伝熱管とケースの側板部との溶接は、要は、所定の往復蛇行状の一筆書き状に繋がった構成とされ、始点および終点が１箇所ずつとされていればよい。

上述した実施形態では、ケース２の側板部２１に設けられた膨出部２２の先端壁部２２ｂに伝熱管１を溶接しているが、本発明はこれに限定されない。側板部２１に膨出部２２を設けるようなことなく側板部２１と伝熱管１とを溶接させる場合であっても、本発明を適用し、本発明が意図する作用を得ることが可能である。溶接は、ＴＩＧ溶接に限定されず、たとえば他のアーク溶接を用いることも可能であり、その具体的な種類は問わない。伝熱管と側板部との溶接を、隅肉溶接とする場合においても、本発明が意図する作用が得られる。

ケース内に流入させる熱交換対象媒体としては、燃焼ガス以外の流体とすることができる。本発明に係る熱交換器は、潜熱回収用に限らないことは勿論のこと、湯水加熱用途以外の種々の用途に用いられるものとすることができる。

ＨＥ１，ＨＥ２ 熱交換器
Ｐｓ 溶接の始点
Ｐｅ 溶接の終点
１ 伝熱管
１０ａ，１０ｂ 延設管体部
１１ 主管体部（伝熱管の）
３（３Ａ，３Ｂ） ヘッダ
２１ 側板部（ケースの）
２２（２２Ａ，２２Ｂ） 膨出部（第１および第２の領域）
２８ 貫通孔
２ ケース
８ 往復蛇行状の溶接部
８１，８２ 往きおよび戻りの溶接部

Claims (5)

1. 複数の伝熱管と、これら複数の伝熱管を内部に収容するケースと、を備えており、
   前記複数の伝熱管は、前記ケース内に位置決め固定される螺旋状または蛇行状の主管体部と、この主管体部に繋がって所定のｘ方向に延び、かつｘ方向に対して交差するｚ方向に離間した第１および第２の延設管体部と、を有しており、
   前記ケースの側板部には、前記側板部のｚ方向の中心線を挟んでｚ方向に離間した第１および第２の領域が設けられ、かつこれら第１および第２の領域は、前記複数の伝熱管の端部としての第１および第２の延設管体部が挿入される複数の貫通孔が、ｘ，ｚ方向に対して交差するｙ方向に間隔を隔てて並んで設けられた領域であり、
   前記第１および第２の領域において、前記複数の伝熱管の端部のそれぞれの全周が前記側板部に溶接されている、熱交換器であって、
   前記溶接は、前記複数の伝熱管の端部どうしの間を蛇行状に縫う経路の溶接部が、ｙ方向において往復して設けられた往復蛇行状の溶接とされ、
   この往復蛇行状の溶接は、全体が一筆書き状に繋がり、溶接の始点および終点のそれぞれが１箇所ずつとされており、
   前記第１および第２の領域における前記溶接の終点は、前記複数の伝熱管の端部の周囲のうち、前記側板部のｚ方向の中心線寄りの位置とされているとともに、前記溶接は、その終点が始点を越えた配置とされて、これら終点と始点との間においては、往きの溶接部と戻りの溶接部とが重なった構成とされていることを特徴とする、熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記ケースの側壁部には、前記ケースの外方に向けて膨出する筒状の周壁部、およびこの周壁部の先端部を塞ぐ先端壁部を有する一対の膨出部が形成され、
   これら一対の膨出部の前記先端壁部が、前記第１および第２の領域とされているとともに、前記一対の膨出部の前記周壁部には、前記複数の伝熱管への流体流入用または流出用のヘッダが外嵌されて接合されている、熱交換器。
3. 請求項１または２に記載の熱交換器を製造するための熱交換器の製造方法であって、
   前記ケースの側板部に設けられた前記第１および第２の領域に設けられている前記複数の貫通孔に、前記複数の伝熱管の端部としての前記第１および第２の延設管体部を挿入する伝熱管挿入工程と、
   この伝熱管挿入工程の後において、前記複数の伝熱管の端部を前記側板部に溶接する溶接工程と、
   を有しており、
   前記溶接工程においては、前記複数の伝熱管の端部どうしの間を蛇行状に縫うようにして前記複数の伝熱管の端部のそれぞれの略半周ずつを順次溶接し、この溶接位置が前記複数の伝熱管の列の最端に位置する伝熱管の周囲に到達した際には、この伝熱管の端部の全周を溶接してから溶接進行方向を反転させ、その後は前記複数の伝熱管の端部のそれぞれの残りの略半周ずつを順次溶接し、前記複数の伝熱管の端部に対し、一筆書き状に繋がった溶接を施すとともに、
   前記第１および第２の領域における前記溶接の終点は、前記複数の伝熱管の端部の周囲のうち、前記側板部のｚ方向の中心線寄りの位置とし、かつ前記溶接は、その終点が始点を越えた配置とし、これら終点と始点との間においては、往きの溶接部と戻りの溶接部とを重ねることを特徴とする、熱交換器の製造方法。
4. 請求項３に記載の熱交換器の製造方法であって、
   前記伝熱管挿入工程においては、前記伝熱管の端部を前記側板部の外側に突起状に突出した状態とし、
   前記溶接工程においては、前記側板部の外側から溶接を施し、前記貫通孔の周縁部に加え、前記伝熱管の端部の突出部分をも溶融させる、熱交換器の製造方法。
5. 請求項３または４に記載の熱交換器の製造方法であって、
   前記溶接工程おいて、前記複数の伝熱管の端部どうしの間の領域を溶接する際には、他の領域を溶接する際よりも入熱を少なくする、熱交換器の製造方法。

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