JPH04136691A

JPH04136691A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH04136691A
Application number: JP25814490A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Muramatsu; 村松　利明
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1992-05-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、給湯器用あるいは風呂釜用等に用いられる
熱交換器に関する。

従来の技術上記用途に用いられる熱交換器は、一般に第５図に示す
ように、２以上のチューブ挿通孔（１０２ａ）を有する
複数のプレート状フィン（１０２）が平行状に配設され
るとともに、プレート状フィンの前記挿通孔（１０２ａ
）にチューブ（１０１）が挿通され、かつチューブ（１
０１）とフィン（１０２）とが接合された構成を有し、
フィンの表面にバーナー等による燃焼で付与した熱をチ
ューブ内の流通水に伝達してこれを加熱するものとなさ
れている。

ところで、上記のような給湯器用あるいは風呂釜用等の
熱交換器は、従来、チューブ、プレート状フィンともに
銅製のものが使用されていたが、低温腐食を生じ易い等
の問題があった。

そこで、本出願人は、チューブをステンレス鋼で、プレ
ート状フィンをアルミニウム（その合金を含む、以下同
じ）でそれぞれ形成した給湯用熱交換器を提案した（特
願平１−４９５８２号）。

発明が解決しようとする課題ところが、上記のようにチューブとプレート状フィンと
を異種金属で構成した場合には次のような問題を生じる
ことが判明した。即ち、かかる熱交換器は、作動時にバ
ーナー等による燃焼の熱を受けてチューブやフィンが熱
膨張する一方、停止後は自然冷却されてチューブやフィ
ンは収縮するが、用途上このような加熱、及びその解除
が頻繁に繰返されるため、チューブやプレート状フィン
は熱膨張、熱収縮を繰返し受ける。しかるに、チューブ
とプレート状フィンとがステンレス鋼とアルミニウムの
ような異種金属で構成されたものでは、チューブとプレ
ート状フィンとの熱膨張の差により、加熱、冷却のたび
にプレート状フィンは特に熱源供給側の部分において隣
接チューブ間で圧縮力と引張力を繰返し受け、その内部
にこれに応じた熱応力を生しる。その結果、経時的に疲
労を来たし、第５図に示すようにプレート状フィン（１
０２）の熱源供給側（下側）の部分にクラック（１０３
）（１０４）が生じいわゆるフィン割れを起こすという
問題があった。もっとも、隣接チューブ（１０１）　　
（１０１）の中間部分に生じたクラック（１０３）は性
能上はとんど問題にはならない。

しかし、チューブ（１０１）の下方近傍において生じた
クラック（ｉｏ４）は、チューブへの熱伝達を悪化させ
ひいては性能低下の原因となる。

のみならず、第５図に斜線を施したチューブ下方の部分
が高温となり、その熱応力によりチューブ（１０１）と
プレート状フィン（１０２）との接合部にまでクラック
が拡がってフィンとチュブとの接合を破壊し伝熱性の著
しい低下を招くうえ、ついにはフィン溶解に至る危険か
あった。

この発明は、かかる欠点を解消するためになされたもの
であって、特にチューブ近傍においてプレート状フィン
にクラックか生じるのを防止し、長期間にわたって高性
能を維持しうる熱交換器の提供を目的とする。

課題を解決するための手段上記目的を達成するために、この発明は、クラックか生
じてもほとんど問題のない隣接チューブの中間部分にお
いてプレート状フィンの熱源供給側の端縁に、圧縮力あ
るいは引張力を緩和する切込み状細隙を形成しておこう
というものである。

即ちこの発明は、図面の符号を参照して示すと、少なく
とも２以上のチューブ挿通孔（２１）を有する金属製プ
レート状フィン（２）の複数枚が平行状に配設されると
ともに、該プレート状フィンの前記チューブ挿通孔（２
１）のそれぞれに、プレート状フィン（２）とは異なる
金属製のチューブ（１）が挿通され、かつチューブ（１
）とプレート状フィン（２）とが接合された熱交換器に
おいて、前記プレート状フィン（２）の熱源供給側の端
縁に隣接チューブの中間位置において切込み状の細隙（
３）か形成されていることを特徴とする熱交換器を要旨
とする。

作用異種金属からなるチューブ（１）とプレート状フィン（
２）との熱膨張の差により、作動及び停止のたびにプレ
ート状フィン（２）の熱源供給側の部分に圧縮力や引張
力が生じても、これに応じて細隙（３）の部分で変形可
能なためフィン内部に生じる熱応力が抑制される。この
ため、熱応力の繰返しに起因するクラックの危険は低減
される。

実施例第１図〜第３図はこの発明の一実施例に係る風呂釜用熱
交換器を示すものである。これらの図において、（１）
はチューブ、（２）はプレート状フィンである。

チューブ（１）はステンレス鋼で形成されたものであり
、前後方向に６本が平行配置されている。

一方、前記プレート状フィン（２）は、アルミニウムで
形成されている。このプレート状フィン（２）は第１図
及び第３図に示すように、その中央部にチューブ（１）
の外径よりわずかに大きい直径の６個のチューブ挿通孔
（２１）が並設されるとともに、各挿通孔（２１）の周
縁には筒状のフィンカラー（２２）が立設されている。

そして、かかるプレート状フィン（２）の複数枚が各チ
ューブ挿通孔（２１）において６本のチューブ（１）に
挿通されることにより、そのフィンカラー（２２）でチ
ューブの外面を間断なく覆う態様でチューブの長さ方向
に平行状に外装されている。このように、フィンカラー
（２２）でチューブ外面を覆うのは、アルミニウム材で
覆うことにより一層優れた耐低温腐食性を付与するため
である。また、フィン（２）とチューブ（１）との接合
面積を可及的大きく確保して一層の接合強度の増大を図
るためでもある。かかるフィン（２）は第３図に示すよ
うに心材（２３）の片面にろう材（２４）が被覆形成さ
れた片面アルミニウムプレージングシートからなり、フ
ィンカラー（２２）はその内面かろう材層側となる向き
で形成されて（Ｙる。そして、フィンカラー（２２）と
ステンレス鋼製のチューブ（１）とがろう材（２４）を
介してろう付接合されている。

さらに、前記プレート状フィン（２）の下側つまりバー
ナーによる加熱側の端縁には、隣接チューブ間の丁度中
央位置においてフィンの高さ方向に延びる切込み状の細
隙（３）が設けられている。この細隙（３）は、プレー
ト状フィン（２）の加熱時あるいは加熱解除後の冷却時
の伸縮変形を許容してプレート状フィン（２）に生じる
熱応力を低下させ、ひいてはフィン割れを防止する役割
を果たす。この作用効果を確実に発揮させるため、細隙
（３）の幅は１．５〜３．０ｍの範囲とするのが望まし
い。１．５Ｍ未満では上記効果を発揮しえない虞れがあ
り、一方３．０ｍｍを超えると伝熱性、強度等の低下を
招きフィン機能を十分に発揮しえない虞れがある。また
、細隙（３）の深さはフィン高さの１／３〜２／３の範
囲とするのか望ましい。１／３未満では細隙の効果を十
分に発揮できずクラックを生じ易くなる危険がある。一
方フイン高さの２／３を超えて深くなるとやはり伝熱性
、強度等の低下を招く危険がある。図示実施例ではフィ
ン高さのほぼ半分の位置まで細隙を設けている。さらに
、細隙（３）の上部終端は細隙幅よりも大きい曲率半径
で球状に切欠成形しておくのか望ましい。こうすること
で応力集中が緩和され、細隙（３）の終端からクラック
が生じるのを防止することができる。

図示した風呂釜用熱交換器は、第４図に示すように、両
端を左右の氷室部（５）（５）に臨まされた状態で燃焼
室（４）内に斜め横断状態に配置されて使用される。そ
して、燃焼室（４）においてプレート状フィン（２）の
存在部分を下方からバーナーで加熱し、この熱をチュー
ブ（１）に伝達してチューブ（１）内に搬入される水を
加熱し、お湯として一方の氷室部（５）に流出させる。

この加熱時に、プレート状フィン（２）、チューブ（１
）ともに熱膨張するが、ステンレスとアルミニウムとの
熱膨張差によりプレート状フィン（２）は隣接チューブ
間で圧縮力を受ける。一方、加熱の解除によりプレート
状フィン（２）は引張力を受け、これが熱交換器の作動
、停止のたびに繰返される。而して、上記のような圧縮
力、引張力を受けてプレート状フィン（２）は細隙（３
）において無理なく変形し拘束されないから、過度の熱
応力が生じることはなくなり、経時的な疲労によりフィ
ン（２）にクラックが生じる危険は著しく低減される。

ちなみに、ＳＵＳ製チスチューブ厚０．５１ｎＩＩｉの
Ａ３００３Ａｆ１合金からなるプレート状フィンを用い
て、幅：２ｍｍ、深さ：フィン高さの１／２で上部終端
部に半径２．５ｍの球状切欠部を連通した細隙を設けた
図示実施例と同様の熱交換器と、細隙を全く設けない以
外は上記と同し熱交換器について、天動状態で作動、停
止を繰返したところ、細隙を設けなかった熱交換器では
早期にプレート状フィンにクラックを生じたが、細隙を
設けた本願発明に係る熱交換器ではそれ以後も長期にわ
たってクラックを生じなかった。

なお、実施例として風呂釜用熱交換器を示したが、この
発明は異種金属で形成されたチューブとプレート状フィ
ンを有し、プレート状フィンに熱源から熱を供給する熱
交換器のすべてに適用が可能である。

発明の効果この発明は上述の次第で、少なくとも２以上のチューブ
挿通孔を有する金属製プレート状フィンの複数枚が平行
状に配設されるとともに、該プレート状フィンの前記チ
ューブ挿通孔のそれぞれに、プレート状フィンとは異な
る金属製のチューブか挿通され、かつチューブとプレー
ト状フィンとか接合された熱交換器において、前記プレ
ート状フィンの熱源供給側の端縁に隣接チューブの中間
位置において切込み状の細隙が形成されていることを特
徴とするものである。

従って、熱交換器の作動、停止のたびにプレート状フィ
ンかチューブとの熱膨張差による圧縮力、引張力を繰返
し受けても、これに応してプレート状フィンか細隙にお
いて適宜変形するため、プレート状フィンに繰返し生し
る熱応力を抑制できる。このため、経時的な疲労を抑制
することができ、クラックの発生によるフィン割れを防
止しえて性能低下、安全性の低下を防止でき、ひいては
長期にわたり安定動作を行いうる長寿命の熱交換器とな
しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る風呂釜用熱交換器の
正面図、第２図は同じく平面図、第３図は第１図の■−
■線で切断したプレート状フィンの断面図、第４図は第
１図〜第３図に示す熱交換器の使用状態を示す断面図、
第５図は従来の熱交換器の第１図対応図である。（１）・・・チューブ、（２）・・・プレート状フィン
、（３）・・・細隙。以　　」二第２図

Claims

【特許請求の範囲】

少なくとも２以上のチューブ挿通孔（２１）を有する金
属製プレート状フィン（２）の複数枚が平行状に配設さ
れるとともに、該プレート状フィンの前記チューブ挿通
孔（２１）のそれぞれに、プレート状フィン（２）とは
異なる金属製のチューブ（１）が挿通され、かつチュー
ブ（１）とプレート状フィン（２）とが接合された熱交
換器において、前記プレート状フィン（２）の熱源供給
側の端縁に隣接チューブの中間位置において切込み状の
細隙（３）が形成されていることを特徴とする熱交換器
。