JPH06194084A

JPH06194084A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH06194084A
Application number: JP34673892A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ishikawa; 順一石川; Yoshinori Kawasaki; 義則川崎; Mikio Ochi; 幹夫越智; Masahiro Hattori; 政弘服部; Nobuhiro Tanioka; 暢宏谷岡
Original assignee: NIPPON UPRO KK; Toto Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: NIPPON UPRO KK; JFE Steel Corp; Toto Ltd
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、給湯機において、熱交換ドラムと
吸熱フィンとの接合部における熱交換ドラム壁面の温度
分布を均一としてドラムの亀裂発生を防止した熱交換器
に関するものである。【構成】熱交換ドラム(1) の内部のフィン(2) に、貫
通上段(3a)と貫通下段(3b)とが互い違いに配列されるよ
うに吸熱管(3) を折り返し蛇行しながら貫通接合せし
め、貫通上段(3a)の最外側の吸熱管(3) が、貫通下段(3
b)の最外側の吸熱管よりも熱交換ドラム(1) 内方に位置
してなる熱交換器において、吸熱フィン(2)の側端縁の
一部を切欠し熱交換ドラム(1) の内側面との間に断熱空
間(7) を形成し、しかも該断熱空間(7) は、貫通上段(3
a)の横側方に配設してなる熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給湯機において、熱交
換ドラムと吸熱フィンとの接合部における熱交換ドラム
壁面の温度分布を均一としてドラムの亀裂発生を防止し
た熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、給湯機の熱交換器構造におい
て、熱交換ドラムに生じる熱応力により発生する亀裂を
防止する方法としては、たとえば実開昭60-27283号公報
に記載されている方法が知られている。

【０００３】すなわち、図６に示す熱交換器Ｂにおい
て、内部に燃焼ガス通路を形成した加熱胴51に多数の吸
熱フィン52を挿通した複数の吸熱管53を配し、該フィン
52の端部を加熱胴51に接合し、さらに、図７に示すよう
に上記吸熱フィン52のうち一部のフィン52ａの接合部54
の前記通路よりみて上流側を切欠いた構成としているも
のである。

【０００４】そして、これ以前のものにおいては、加熱
胴51の温度が、吸熱フィン52との接合部54では低く、接
合部54より下部では高いため、燃焼ガス通路55の上流側
端部58付近に極めて大きな温度境界が生じ、同一方向に
略連続した温度境界線を形成し、同境界線にそって亀裂
が起こりやすいという問題を有していたが、前記構成の
熱交換器Ｂによって、これを防止することが可能であ
る。

【０００５】具体的には、前記切欠部59を有する吸熱フ
ィン52a と有さない吸熱フィン52bとを、図８に示すよ
うに交互に平行に並べ、同フィン52a,52b を貫通して吸
熱管53を設けた場合、それぞれのフィンの温度分布が異
なるため温度境界線が連続しなくなり、熱応力による亀
裂の発生防止を図ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の熱
交換器は、以下の課題を有していた。

【０００７】すなわち、図７に示すように、吸熱管53と
接する加熱胴51の上流側部分ｃは、吸熱管53による冷却
効果および断熱空間60によって温度がさほど上昇しない
が、加熱胴51の下流側部分ｄは吸熱管53がないので温度
が相当高くなり、その部分から上下方向に温度勾配を生
じ、この温度勾配によって歪みが加熱胴51に生じ、亀裂
を発生する。

【０００８】また、図９に示すように、フィンに貫通さ
れた吸熱管が上下段に配置され、貫通上段と貫通下段と
が互い違いに配列し、貫通上段の最外側の吸熱管が貫通
下段の最外側の吸熱管よりも熱交換ドラム63内方に位置
する熱交換器においては、吸熱フィン62の下流側に位置
した吸熱管61と熱交換ドラム63とは一般的に距離が長
く、下流側のフィン接合部ドラム温度が上昇する傾向に
あり、このため周囲との温度差が大きくなり、過大な熱
応力発生によるドラムの亀裂が問題となっていた。

【０００９】本発明は、上記の課題を解決することがで
きる熱交換器を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱交換ドラム
の内部に、フィン両側端部と該ドラム内側壁とを接合す
ることにより多数の吸熱フィンを互いに一定間隔を保持
して並設収納し、該フィンには貫通上段と貫通下段とが
互い違いに配列されるように吸熱管を折り返し蛇行しな
がら貫通接合せしめ、貫通上段の最外側の吸熱管が、貫
通下段の最外側の吸熱管よりも熱交換ドラム内方に位置
してなる熱交換器において、吸熱フィンの側端縁の一部
を切欠し、熱交換ドラムの内側面との間に断熱空間を形
成し、しかも該断熱空間は、貫通上段の横側方に配設し
てなる熱交換器を提供するものである。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき詳説すれば、
本発明の熱交換機Ａの基本構造としては、図１に示すよ
うに、略方形筒状の熱交換ドラム１と、同熱交換ドラム
１内部に配した、複数枚の吸熱フィン２と、同フィン２
を貫通した複数の吸熱管３からなる。

【００１２】吸熱管３は、給水管４と出湯管５との間に
設けられており、給水管４の側から熱交換ドラム１の下
部外周面に巻回し、次いで同ドラム１の上部内部を、フ
ィン２を垂直に貫通して蛇行状に往復しており、熱交換
器１下部に載置した燃焼筒から供給される燃焼ガスおよ
び燃焼ガスにより加熱されたフィン２によって同吸熱管
３内部を流れる水を加熱し、熱湯を出湯管５から給湯機
の外部に吐出するようにしている。

【００１３】さらに、図２に示すように、吸熱管３は、
フィン２を貫通する際に上下２段に配置された貫通上段
3aと貫通下段3bとが互い違いに配列されていると共に、
貫通上段3aの最外側の吸熱管が、貫通下段3bの最外側の
吸熱管よりも熱交換ドラム１内方に位置するように配置
されている。

【００１４】また、吸熱フィン２は、金属製の板状体か
らなり、熱交換ドラム１内部に多数の吸熱フィン２を互
いに一定間隔を保持して並設収納し、同フィン２の両側
端部は、ドラム１の内側壁に接合されている。熱交換ド
ラム１の上縁部には、同ドラム１と同形の排気室Ｃの下
縁部が載置されており、ビス６により固定されている。

【００１５】上記基本構造を有する熱交換器Ａにおい
て、本発明では、熱交換ドラム壁面の温度分布を均一に
するために、吸熱フィンの側端部の一部を切欠して熱交
換ドラムの内側面との間に断熱空間を形成したことを特
徴的な構成とする。

【００１６】図２に示すように、断熱空間７は、貫通上
段(3a)の横側方、すなわち吸熱フィンの下方に位置する
熱源である燃焼筒よりみて下流側に位置する吸熱フィン
の側端縁に配設されている。そして、同側端縁を略台形
状に切欠した切欠部2aを設けることによって、断熱空間
７を形成しているものである。

【００１７】また、フィン２の下端部2bは、吸熱管貫通
下段3bの外周に沿って同吸熱管３より一定間隔をあけた
位置に波形形状を形成している。

【００１８】本発明においては、上記断熱空間７を設け
たことによって、吸熱フィン２の下流側からドラム１の
側壁面に伝わる熱が遮断されることにより、フィン接合
部付近のドラム１の温度分布を均一としたものである。

【００１９】また断熱空間７を形成する切欠部2aは、図
３及び図４に示すように、切欠き深さa1,a2 は吸熱フィ
ン２上端部より吸熱管３の上段部3a中心までの長さと同
等あるいはより長くした方が好ましい。これは、吸熱管
上段部3aの中心より下部のドラム温度は、一般的に低い
傾向にあるためである。

【００２０】また、切欠部2aのフィン切欠き角度αは、
30°〜60°の範囲に設けるのが好ましい。これは、ドラ
ム１と吸熱フィン２のロー付けに用いるロー材10を挿入
した時、ドラム１に接触するためロー材10の溶融時に効
果的な接合ができるためである。

【００２１】さらに、切欠き幅b1,b2 は、ロー材10の外
径の1.5 倍〜3.0 倍程度であるほうが、製作上有利であ
る。

【００２２】上記した形状の断熱空間７を有する本発明
の熱交換器Ａの、吸熱フィン接合部８付近における温度
分布は、図５に示したように、従来と比較して40％程度
の温度差になり、均一な分布となっているため、ドラム
に発生する熱応力が大幅に緩和され、亀裂発生が防止さ
れるものである。

【００２３】また、本発明の他の実施例としては、図３
及び図４に示したように、ドラム１の温度差をさらに小
さくする手段として、前記切欠部2aに加えて、フィンに
凹設した段押し９を設け、ガス通路を阻止する方法も挙
げられる。

【００２４】すなわち、フィン切欠部2aの下方位置に、
フィン幅ｂと同程度の幅にフィンを凹設して中空状の段
押し９を形成する。すると、下方から上昇する燃焼ガス
が同段押し９によって遮られ、フィン切欠部2aに直接送
り込まれるガスの量が減少するため、フィン２の下流側
の温度上昇が抑えられ、接合部８における温度分布をよ
り均一にすることができる。

【００２５】この場合の吸熱フィン接合部８における温
度分布は、図５に示したように、従来と比較して30％の
温度差になり、また、切欠部2aのみ設けた場合と比較し
て75％の温度差になり、より均一な温度分布とすること
ができる。

【００２６】なお、吸熱フィン２の切欠部2aの形状とし
ては、図３に示すように、切欠部下部を鋭角状とした台
形形状としたもの、あるいは図４に示すように、切欠部
下部を平坦にした方形状としたもの等が挙げられるが、
前者の場合は、ドラム１とフィン２とを接合する場合、
前記切欠部2aの下部の鋭角状の部分にロー材10を挟持し
た後、加熱してロー材10を溶解してドラム１とフィン２
との接合部８にロー材10を流して接合させる。

【００２７】また、切欠部2aが方形状の場合は、ドラム
１とフィン２との接合部の下流側にロー材10を挟持し、
ドラム１を逆転させて加熱し、ロー材10を溶解させてド
ラム１とフィン２の接合を行う。

【００２８】

【発明の効果】本発明では、フィンに上下２段に配設さ
れた吸熱管の、貫通上段の最外側の吸熱管が、貫通下段
の最外側の吸熱管よりも熱交換ドラム内方に位置してな
る熱交換器において、吸熱フィンの側端縁の一部を切欠
し、熱交換ドラムの内側面との間に断熱空間を形成し、
しかも該断熱空間は、貫通上段の横側方に配設した熱交
換器であるので、吸熱フィンと熱交換ドラムとの接合部
において、ドラムの温度分布を均一にして、熱応力発生
によるドラムの亀裂等を防止することが可能となった。

【００２９】本発明の熱交換器によれば、熱交換器の耐
久性および安全性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換器構造を示す斜視図。

【図２】吸熱管を取付けたフィンの拡大説明図。

【図３】本発明の他の実施例を示す説明図。

【図４】本発明の他の実施例を示す説明図。

【図５】縦軸に吸熱フィン高さを横軸に吸熱フィン温度
を示した、フィン接合部における温度分布を示すグラ
フ。

【図６】従来技術を示す説明図。

【図７】従来技術を示す説明図。

【図８】従来技術を示す説明図。

【図９】従来技術を示す説明図。

【符合の説明】

１熱交換ドラム２吸熱フィン３吸熱管７断熱空間

フロントページの続き (72)発明者石川順一兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内 (72)発明者川崎義則兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内 (72)発明者越智幹夫兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内 (72)発明者服部政弘兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内 (72)発明者谷岡暢宏兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換ドラム(1) の内部に、フィン両側
端部と該ドラム内側壁とを接合することにより多数の吸
熱フィン(2) を互いに一定間隔を保持して並設収納し、
該フィン(2) には貫通上段(3a)と貫通下段(3b)とが互い
違いに配列されるように吸熱管(3) を折り返し蛇行しな
がら貫通接合せしめ、貫通上段(3a)の最外側の吸熱管
(3) が、貫通下段(3b)の最外側の吸熱管よりも熱交換ド
ラム(1)内方に位置してなる熱交換器において、吸熱フィン(2) の側端縁の一部を切欠し熱交換ドラム
(1) の内側面との間に断熱空間(7) を形成し、しかも該
断熱空間(7) は、貫通上段(3a)の横側方に配設してなる
熱交換器。