JP6249750B2

JP6249750B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP6249750B2
Application number: JP2013254630A
Authority: JP
Inventors: 晃史西野; 英克成瀬
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: JP2015114004A

Description

本発明は、給湯器や給湯暖房熱源機などの燃焼装置に組み込まれる熱交換器、特に、ハウジングの側面に露出する通水配管に温度センサがセンサ取付補助部材を介して配設される熱交換器に関する。

給湯器や給湯暖房熱源機などの燃焼装置に組み込まれる従来の熱交換器において、ハウジングの周壁外側に露出する通水配管に対して、出湯温度の異常上昇や通水配管に繋がる吸熱管の過熱を検知するための温度センサが略Ｌ字板状のセンサ取付補助部材を介して取り付けられる構成のものが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

図１２に示すように、上記従来の熱交換器８のセンサ取付補助部材９は、温度センサ７６の取付部となる矩形板状の基部９０と、基部９０の一つの側縁９０Ｃから延設される略平板状の支持板９１とで略Ｌ字状に形成されたものであり、支持板９１の先端９１Ｃに設けられた略Ｕ字状の切欠９１１をハウジング８０内の吸熱管８３から周壁外側へ延設される通水配管８４に外嵌させ、且つ、基部９０の他の側縁９０Ｃに沿って立設された補助板９２の端面を通水配管８４の外周面に当接させた状態で、切欠９１１と通水配管８４との嵌合部周辺をロウ付け接合することにより固定される。

特開平１０−１９７０７３号公報特開２００６−２００８２９号公報

しかしながら、上記従来の熱交換器のセンサ取付補助部材は、支持板の端面の切欠を通水配管の外周に嵌合させて支持固定させる構成であるため、センサ取付補助部材と通水配管との接触面積が小さく、吸熱管の温度が通水配管から速やかに温度センサへ伝達され難い。また、組み立ての際に、支持板と通水配管との間に不要な隙間やズレが生じ易く、熱交換器ごとにセンサ取付補助部材のロウ付け状態も安定し難い。そのため、温度センサの応答性の低下やばらつきを招く虞があった。

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、給湯器や給湯暖房熱源機などの燃焼装置に組み込まれる熱交換器において、温度センサの応答性の向上を図ることにある。

本発明は、略矩形箱状のハウジング内に複数の吸熱管が並設され、ハウジングの周壁外側にて二つの吸熱管の管端相互が連絡管により直列的に連結され、吸熱管と連絡管とで構成された熱交換管路の始端からハウジングの周壁外側へ入水側接続管が延設され、前記熱交換管路の終端からハウジングの周壁外側へ出湯側接続管が延設された熱交換器であって、連絡管または出湯側接続管の少なくとも何れか一方の通水配管の外周に、温度センサを取り付けるためのセンサ取付補助部材が設けられ、センサ取付補助部材は、温度センサの取付面を有する基部と、基部に所定の間隙をもって対向して延設され、通水配管を径方向から挟持する一対の挟持板片とで略コ字状に形成され、挟持板片に、対向する挟持板片側へ突出し、通水配管の外周面に基部側から当接することで、通水配管の外周面と基部との間に所定の空間を画成する位置決め用の突起が設けられたものである。

このものでは、センサ取付補助部材が、基部に設けられた一対の挟持板片によって通水配管を径方向から挟み込んだ状態で通水配管に支持固定されるから、センサ取付補助部材と通水配管とが既述従来のものより広い範囲で接触する。これにより、吸熱管の温度を速やかに温度センサへ伝達することができる。また、上記構成を採用したことで、組み立ての際に、挟持板片と通水配管とのがたつきやズレも生じ難いから、常に安定した状態でセンサ取付補助部材を通水配管にロウ付け固定することもできる。

さらに、このものでは、組み立ての際、挟持板片に設けられた突起が通水配管の外周面に当接することで、挟持板片と通水配管とのがたつきやズレが一層防止されるから、センサ取付補助部材を常に通水配管の一定の位置に配設することが可能である。従って、より安定した状態でセンサ取付補助部材を通水配管にロウ付け固定することができる。しかも、上記突起が通水配管の外周面に基部側から当接することで、通水配管の外周面と基部との間に所定の空間が画成されるから、基部に温度センサをねじ留め固定する際に、固定用のねじが通水配管の外周面に接触するのも防止できる。

また、本発明は、上記熱交換器において、挟持板片における通水配管との挟持接触部に、ロウ材を導入するための接合孔が設けられたものである。

このものでは、接合孔から挟持板片と通水配管との挟持接触部へ直接的にロウ材を導入することが可能であるから、確実にセンサ取付補助部材を通水配管にロウ付け固定することができる。

また、本発明は、上記熱交換器において、前記接合孔は、通水配管の延長方向と略一致する方向に延設されたものである。

通水配管を径方向から挟持する挟持板片は、通水配管の延長方向に沿って接触するが、このものでは、接合孔から挟持接触部へ上記延長方向に沿ってロウ材を導入することが可能であるから、より確実にセンサ取付補助部材を通水配管にロウ付け固定することができる。

以上のように、本発明によれば、吸熱管の熱を速やかに温度センサへ伝達することができるし、また、常に安定した状態で且つ確実にセンサ取付補助部材を通水配管にロウ付け固定することもできるから、センサ取付補助部材に取り付けられる温度センサの応答性が向上する。

図１は、本発明の実施の形態に係る熱交換器が組み込まれた風呂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概略斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のセンサ取付補助部材の斜視図である。図４は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のセンサ取付補助部材の背面図である。図５は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のセンサ取付補助部材の一部を断面で表した右側面図である。図６は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のセンサ取付補助部材の平面図である。図７は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のセンサ取付補助部材の変形例（１）を示す平面図である。図８は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のセンサ取付補助部材の変形例（２）を示す平面図である。図９は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のセンサ取付補助部材の変形例（３）を示す斜視図である。図１０は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のセンサ取付補助部材の変形例（４）を示す斜視図である。図１１は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のセンサ取付補助部材の変形例（５）を示す斜視図である。図１２は、従来の熱交換器のセンサ取付部材の斜視図である。

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および図２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排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、上記燃焼排ガス中の顕熱を回収し、風呂戻り配管１３から供給される浴槽Ｖ２の風呂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、上下に開放する略矩形箱状に形成されており、ハウジング３０の下端３０１には、ガスバーナ２を収容する略矩形箱状の燃焼室２０が連結される。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が接続されている。一方、ハウジング３０の上端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排ガスを風呂給湯器１の外部へ導く排気フード３１が連結される。

尚、図２に示すように、ガスバーナ２は、熱交換器３の給湯熱交換部３Ａへ燃焼排ガスを供給する給湯側燃焼部２Ａと、熱交換器３の風呂熱交換部３Ｂへ燃焼排ガスを供給する風呂側燃焼部２Ｂとを有し、風呂給湯器１は、給湯側燃焼部２Ａおよび風呂側燃焼部２Ｂの燃焼を個別に制御可能な制御回路１００を備えている。

ハウジング３０内には、前壁３０３および後壁３０４と略平行に複数積層された薄肉板状の吸熱フィン３２と、吸熱フィン３２に対して直交する向きで貫設される複数の直管状の吸熱管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、これら吸熱フィン３２および吸熱管３３によって各別に独立して構成されている。

給湯熱交換部３Ａにおける隣り合う二つの吸熱管３３の管端相互は、前壁３０３側および後壁３０４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、これら吸熱管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。尚、前壁３０３側の連絡管３４３の一つとその連絡管３４３に繋がる二つの吸熱管３３とは、一体形成されて一本のＵ字曲管３３０を構成しており、これら異なる二つのＵ字曲管３３０の管端相互が後壁３０４側の連絡管３４４により連結されている。

給湯熱交換管路３３Ａの始端となる吸熱管３３の後壁３０４側の管端には、略コ字状の入水側接続管３５が後壁３０４の外側へ向かって延設されており、この入水側接続管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の終端となる吸熱管３３の前壁３０３側の管端には、略コ字状の出湯側接続管３６が前壁３０３の外側へ向かって延設されており、この出湯側接続管３６の開放端に、カランやシャワーやなどの湯水栓Ｖ１へ繋がる出湯配管１２が接続される。

従って、湯水栓Ｖ１が開かれると、給水配管１１から給湯熱交換管路３３Ａへ水が供給される。また、制御回路１００は、給水配管１１における通水を検知してファンユニット４を作動させると共にガスバーナ２の給湯側燃焼部２Ａにて燃焼を開始させる回路構成を有しており、湯水栓Ｖ１の開栓により給湯熱交換管路３３Ａへ供給された水は、給湯側燃焼部２Ａから放出された燃焼排ガスによって加熱され、出湯配管１２を通じて湯水栓Ｖ１へ供給される。尚、給湯側燃焼部２Ａから放出された燃焼排ガスは、給湯熱交換部３Ａの配設部を通過した後、排気フード３１の内部空間を通って風呂給湯器１の外部へ排出される。

風呂熱交換部３Ｂも給湯熱交換部３Ａと同様、隣り合う二つの吸熱管３３の管端相互が前壁３０３および後壁３０４側において連絡管３４により直列的に接続されており、これら吸熱管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の始端となる吸熱管３３の後壁３０４側の管端には、略コ字状の入水側接続管３５が後壁３０４の外側へ向かって延設されており、この入水側接続管３５の管端に風呂戻り配管１３が接続される。一方、風呂熱交換管路３３Ｂの終端となる吸熱管３３の前壁３０３側の管端には、略コ字状の出湯側接続管３６が前壁３０３の外側へ向かって延設されており、この出湯側接続管３６の管端に、浴槽Ｖ２へ繋がる風呂往き配管１４が接続される。

従って、風呂戻り配管１３に設けられた循環ポンプ１５が作動されると、風呂戻り配管１３から風呂熱交換管路３３Ｂへ浴槽Ｖ２の風呂水が供給される。また、制御回路１００は、風呂戻り配管１３の通水を検知してファンユニット４を作動させると共にガスバーナ２の風呂側燃焼部２Ｂにて燃焼を開始させる回路構成を有しており、循環ポンプ１５の作動により風呂熱交換管路３３Ｂへ供給された風呂水は、風呂側燃焼部２Ｂから放出された燃焼排ガスによって加熱され、風呂往き配管１４を通じて再び浴槽Ｖ２へ帰還する。尚、風呂側燃焼部２Ｂから放出された燃焼排ガスは、風呂熱交換部３Ｂの配設部を通過した後、排気フード３１の内部空間を通って風呂給湯器１の外部へ排出される。

図２に示すように、連絡管３４は、前壁３０３および後壁３０４の外側に露出した状態で設けられており、そのうち前壁３０３側の連絡管３４にあたるＵ字曲管３３０のＵベンド部３４３の特定の一つに、出湯温度の異常上昇や吸熱管３３の過熱を検知するための温度センサ１６が、熱伝導性の高い金属板で形成されセンサ取付補助部材５を介して取り付けられる。尚、温度センサ１６は、給湯熱交換部３Ａおよび風呂熱交換部３Ｂのそれぞれに設けられる。

図３から図６に示すように、センサ取付補助部材５は、略長方形状の基部５０の対向する二つの長縁部５０Ｃに、それぞれ略長方形状の挟持板片５１が略平行に折曲形成された略コ字状の部材であり、両挟持板片５１によってＵベンド部３４３を径方向から挟持した状態で支持固定されている。

両挟持板片５１は、Ｕベンド部３４３の外周径Ｄと略同一の間隙Ｗをもって設けられており、センサ取付補助部材５をＵベンド部３４３に組み付けたとき、挟持板片５１の内側面５１ＢとＵベンド部３４３の外周面とが、Ｕベンド部３４３の延長方向に沿って略円弧状に摩擦接触する（図６の挟持接触部Ｐ）。尚、Ｕベンド部３４３の挟持板片５１と対向する領域に、Ｕベンド部３４３の延長方向に沿って円弧状に平面部を形成し、この平面部に挟持板片５１の内側面５１Ｂが面接触するように構成することで、センサ取付補助部材５とＵベンド部３４３との接触面積がより広くなる。

基部５０には、二つのねじ孔５０１が穿設されている。これらねじ孔５０１は、短縁部５０Ｅ相互間の中心線を挟んで両短縁部５０Ｅ側へ所定の距離を存して、且つ長縁部５０Ｃ相互間の中心線から両長縁部５０Ｃ側へ偏心した位置に配設されている。温度センサ１６は、これら二つのねじ孔５０１を用いて基部５０の前面（Ｕベンド部３４３に対向しない側の面）５０Ａにねじ止め固定される。このように、二つのねじ孔５０１を長縁部５０Ｃ相互間の中央から各別に異なる方向へ各別に偏心した位置に設けたことで、温度センサ１６を基部５０にねじ止め固定する際に、その固定用のねじ（図示しない）がＵベンド部３４３の外周面により接触し難い。よって、組み立て作業性が良い。

基部５０の短縁部５０Ｅには、略三角形状に切欠５０２が形成されている。また、切欠５０２の端面５０Ｇで且つねじ孔５０１に近接した位置には、温度センサ１６を位置決めするための突片５３が設けられている。突片５３は、基部５０の前面５０Ａ側へ向かって略直角に折曲形成されており、この突片５３の側面に温度センサ１６の外周面が当接する。

挟持板片５１の両側端縁５１Ｅ相互間の中央位置には、挟持接触部Ｐおよびその周辺にロウ材を導入するための接合孔５１１が穿設されている。接合孔５１１は、挟持板片５１の側端縁５１Ｅへ向かって延設される矩形状の長孔であり、その延長方向は、Ｕベンド部３４３の延長方向と略一致している。

挟持板片５１の側端縁５１Ｅにおける先端５１Ｃ寄りの位置には、略Ｌ字状に切欠５１２が設けられている。また、切欠５１２の端面５１Ｇには、Ｕベンド部３４３の外周面に当接する位置決め用の突起として爪片５２が設けられている。

爪片５２は、切欠５１２の端面５１Ｇから挟持板片５１の側端縁５１Ｅ側へ向かって延設され、且つ、挟持板片５１の内側面５１Ｂよりも対向する挟持板片５１側へ突出するよう斜めに折曲形成されており、センサ取付補助部材５をＵベンド部３４３に組み付けたときに、爪片５２の先端５２ＣがＵベンド部３４３の外周面に当接する。その結果、接合孔５１１が挟持接触部Ｐの略中央に配置され、また、基部５０の後面（Ｕベンド部３４３に対向する側の面）５０ＢとＵベンド部３４３の外周面との間には、上記ねじを配設可能な空間Ｓが画成される。

このものでは、組み立ての際、接合孔５１１の幅より大径の棒状の固形ロウ材を予め接合孔５１１に圧入保持させておき、その上で挟持板片５１によってＵベンド部３４３を外周側から挟み込むようにして、センサ取付補助部材５をＵベンド部３４３に仮止め固定する。そして、この状態で熱交換器３を炉内に収容し、加熱処理が行われるが、このとき、両挟持板片５１の内側面５１ＢとＵベンド部３４３の外周面とが摩擦接触により嵌合されているから、センサ取付補助部材５がＵベンド部３４３から容易に脱落したりずれたりしない。従って、加熱処理によって溶融したロウ材は、挟持接触部Ｐおよびその周辺へ均一に回り込み、挟持板片５１とＵベンド部３４３とを強固に接合する。尚、上記固形ロウ材は、センサ取付補助部材５を連絡管３４に仮止め固定した後、接合孔５１１に圧入保持させてもよい。また、センサ取付補助部材５を連絡管３４に仮止め固定した後、固形ロウ材に代えて、液状ロウ材を接合孔５１１に注入し、炉内で加熱処理を行うことにより挟持板片５１とＵベンド部３４３とを接合させてもよい。

このように、上記熱交換器３は、センサ取付補助部材５が、基部５０に設けられた一対の挟持板片５１によってＵベンド部３４３を径方向から挟み込んだ状態でＵベンド部３４３に支持固定されるから、センサ取付補助部材５とＵベンド部３４３とが既述従来のものより広い範囲で接触する。これにより、吸熱管３３の温度を速やかに温度センサ１６へ伝達することができる。また、上記構成を採用したことで、組み立ての際に、挟持板片５１とＵベンド部３４３とのがたつきやズレも生じ難いから、常に安定した状態でセンサ取付補助部材５をＵベンド部３４３にロウ付け固定することもできる。よって、温度センサ１６の応答性が向上する。

特に、上記熱交換器３では、挟持板片５１の内側面５１ＢとＵベンド部３４３の外周面とが、Ｕベンド部３４３の延長方向に沿って略円弧状に挟持接触するように構成されているから、挟持板片５１とＵベンド部３４３とのがたつきやズレが一層生じ難く、より安定した状態でセンサ取付補助部材５をＵベンド部３４３にロウ付け固定することができる。よって、温度センサ１６の応答性が一層向上する。

また、上記熱交換器３では、組み立ての際、挟持板片５１に設けられた爪片５２がＵベンド部３４３の外周面に当接することで、挟持板片５１とＵベンド部３４３とのがたつきやズレが一層防止されるから、センサ取付補助部材５をＵベンド部３４３に対して正面から組み付けた場合だけでなく、側方から組み付けた場合でも、常にＵベンド部３４３の一定の位置に配設することが可能である。従って、より安定した状態でセンサ取付補助部材５をＵベンド部３４３にロウ付け固定することができる。よって、温度センサ１６の応答性が一層向上する。しかも、上記爪片５２がＵベンド部３４３の外周面に基部５０側から当接することで、基部５０の後面５０ＢとＵベンド部３４３の外周面との間に所定の空間Ｓが画成されるから、温度センサ１６を基部５０に前面５０Ａ側からねじ留め固定する際に、固定用のねじがＵベンド部３４３の外周面に接触せず、基部５０に対して温度センサ１６を常に適切に取り付けることができる。よって、温度センサ１６の応答性が一層向上する。

さらに、上記熱交換器３では、常に挟持板片５１とＵベンド部３４３との挟持接触部Ｐの略中央に接合孔５１１が配置されており、挟持接触部Ｐへ直接的にロウ材を導入することが可能であるから、確実にセンサ取付補助部材５をＵベンド部３４３にロウ付け固定することができる。よって、温度センサ１６の応答性がより一層向上する。

また、上記熱交換器３では、Ｕベンド部３４３の延長方向と略一致する方向へ延設された接合孔５１１から挟持接触部ＰへＵベンド部３４３の延長方向に沿って固形ロウ材を導入することが可能であるから、ロウ材が挟持接触部Ｐの全体へ均一に行き渡り、より確実にセンサ取付補助部材５をＵベンド部３４３にロウ付け固定することができる。よって、温度センサ１６の応答性がより一層向上する。

尚、上記熱交換器３が組み込まれた風呂給湯器１において、ガスバーナ２の燃焼中に止水し、残火による異常加熱を検知する残火試験を行ったところ、既述従来の構成のセンサ取付補助部材を連絡管３４に外嵌させたものより短時間で吸熱管３３の温度上昇を検知できることが確認された。

上記実施の形態において、センサ取付補助部材５は、後壁３０４側の連絡管３４４に設けてもよいし、吸熱管３３の温度を温度センサ１６へ正確且つ迅速に伝達でき、且つ、組み立ての際にがたつきやズレも生じなければ、出湯側接続管３６における吸熱管３３側の曲げ部に設けてもよい。

また、両挟持板片５１は、Ｕベンド部３４３の外周径Ｄより小さい間隔で略平行に設けられ、或いは、先端相互の間隔が根元側の間隔より小さくなるよう略八字状に設けられ、センサ取付補助部材５をＵベンド部３４３に組み付けたときに、それら両挟持板片５１が弾性変形し、内側面５１ＢがＵベンド部３４３の外周面に対してより押圧された状態で接触するように構成してもよい。

接合孔５１１は、図７に示すように、Ｕベンド部３４３の曲げ形状に合わせて円弧状に穿設されたものであってもよいし、図８に示すように、円形状に穿設されたものであってもよい。また、図９に示すように、挟持板片５１の内側面５１Ｂに凹設された溝状の非貫通孔であってもよい。

上記実施の形態では、センサ取付補助部材５をＵベンド部３４３の所定位置に配置させる位置決め用の突起として、切欠５１２の側端面５１Ｇに爪片５２が設けられたものを説明したが、図１０に示すように、挟持板片５１の少なくとも二箇所（例えば、短縁部５１Ｅ）に内側面５１Ｂ側へ向かって切り起こし部５４が設けられ、上記切り起こし部５４がＵベンド部３４３の外周面に当接するように構成されたものであってもよいし、図１１に示すように、挟持板片５１の内側面５１Ｂの少なくとも二箇所（例えば、短縁部５１Ｅの近傍位置）に突起５５が凸設され、上記突起５５がＵベンド部３４３の外周面に当接するように構成されたものであってもよい。

本発明は、風呂熱交換部３Ｂを有しない給湯器用の熱交換器にも適用できる。また、本発明は、潜熱回収型の給湯器や給湯暖房熱源機など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
３０３前壁（周壁）
３０４後壁（周壁）
３３吸熱管
３４連絡管（通水配管）
３６出湯側接続管（通水配管）
５センサ取付補助部材
５０基部
５１挟持板片
５１１接合孔
５２爪片（突起）
１６温度センサ

Claims

略矩形箱状のハウジング内に複数の吸熱管が並設され、ハウジングの周壁外側にて二つの吸熱管の管端相互が連絡管により直列的に連結され、吸熱管と連絡管とで構成された熱交換管路の始端からハウジングの周壁外側へ入水側接続管が延設され、前記熱交換管路の終端からハウジングの周壁外側へ出湯側接続管が延設された熱交換器であって、
連絡管または出湯側接続管の少なくとも何れか一方の通水配管の外周に、温度センサを取り付けるためのセンサ取付補助部材が設けられ、
センサ取付補助部材は、温度センサの取付面を有する基部と、基部に所定の間隙をもって対向して延設され、通水配管を径方向から挟持する一対の挟持板片とで略コ字状に形成され、
挟持板片に、対向する挟持板片側へ突出し、通水配管の外周面に基部側から当接することで、通水配管の外周面と基部との間に所定の空間を画成する位置決め用の突起が設けられた、熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器において、
挟持板片における通水配管との挟持接触部に、ロウ材を導入するための接合孔が設けられた、熱交換器。
請求項２に記載の熱交換器において、
前記接合孔は、通水配管の延長方向と略一致する方向に延設された、熱交換器。