JPH07218177A - 熱交換器とそれを用いた給湯器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 新たな部品を追加することなく、通水管とこ
の通水管を支える筒状の壁体との温度差により発生する
熱歪みによる熱応力を容易に吸収することができる熱交
換器を提供する。 【構成】 熱交換器１０は、複数の薄板を互いに平行か
つ一定間隔を保つように並べられる熱交換用フィン１１
と、熱交換用フィン１１の周囲を囲む四角柱状の筒から
なり四隅の各角に熱交換用フィン１１側へ折り曲げ高さ
方向に延びる溝状の緩衝部１２ａを有する筒状の壁体１
２と、円筒状の１本の管からなりＵ字形状を複数回折り
返した形状に配管された通水管１３とを有する。通水管
１３は、筒状の壁体１２の側面にろう付されるシール部
１４により支持され、通水管１３と筒状の壁体１２との
温度差による熱歪みから発生する熱応力を緩衝部１２ａ
が吸収し、シール部１４に発生する熱応力は過大になら
ないため、シール部１４の破損または、破壊を防止する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給湯器、風呂釜等の燃
焼部を有する機器に使用される熱交換器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱交換器は、例えば図６および図
７に示すように構成される。この熱交換器２０は、熱交
換用フィン２１に貫通した通水管２３と、熱交換用フィ
ン２１の周囲を囲み通水管２３を支持する筒状の壁体２
２とから構成されている。この熱交換器２０は、通水管
２３と筒状の壁体２２とを固定することなく樹脂系のシ
ール材を用いシール部２４で緩やかに接続することによ
り、通水時に通水管２３と筒状の壁体２２との温度差か
ら発生する熱歪みによる熱応力を吸収させ筒状の壁体２
２又は通水管２３の変形を防止していることが知られて
いる。

【０００３】しかし、このような従来の熱交換器による
と、通水管２３と筒状の壁体２２とを接続する際、別工
程によるシール部２４を設けることになりコストの上昇
を招くという問題がある。そこで、シール部に樹脂系の
シール材を用いることなく他の固定手段等を備えた熱交
換器として、例えば実開昭６３−１８４３８８号公報に
開示されているように、擬似水管を熱交換用フィンに貫
通させ熱交換器の側板にろう付したものが知られてい
る。この熱交換器は、多数の熱交換用フィンに貫通させ
る通水管を熱交換器の側面に支持させるため、通水管よ
り熱伸縮率の小さい材料からなる擬似水管を用い側板に
ろう付し通水管を直接側面に固定しないようにしてい
る。

【０００４】また、同様な熱交換器として、例えば実開
平４−２０９５６号公報に開示されているように、熱交
換用フィンを備えた通水管の入口に近い部分に通水管よ
り小径で両端が開口された内管を挿入したものが知られ
ている。この熱交換器は、内管を通水管と略同心で、か
つ、内管と通水管との温度差による熱歪みを吸収するた
め自由状態に持設することにより、内管外の流水速度が
内管内の流水速度より遅くなり内管外の流水が内管内の
流水より早く加熱されることから通水管の熱歪みを防止
するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな熱交換器によると、実開昭６３−１８４３８８号公
報に開示されている方法は、擬似水管による燃焼ガスの
圧力損失により性能低下が予想され、また、実開平４−
２０９５６号公報に開示されている方法は、通水管内の
内管による水圧損失により性能低下が予想される。しか
も、前記両方法は、形状の複雑化や部品点数増加による
コストの上昇を招くことも予想される。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、新たな部品を追加することなく、通
水管とこの通水管を支える筒状の壁体との温度差により
発生する熱歪みによる熱応力を容易に吸収することがで
きる熱交換器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めの本発明による熱交換器は、高温に晒される筒状の壁
体と、この筒状の壁体の内部に筒軸方向に高温ガスが流
通するように配設される複数の熱交換用フィンと、前記
複数の熱交換用フィンに略直行する方向に伝熱可能に接
続され、前記筒状の壁体にろう付等により固定される通
水管と、前記筒状の壁体の少なくとも長手方向の熱応力
を緩和するように前記筒状の壁体に形成される緩衝部と
を備えたことを特徴とする構成を有する。

【０００８】また、本発明の熱交換器は、前記構成にお
いて、好ましくは、前記筒状の壁体に横断面波状に筒軸
方向に沿って延びるように形成される前記緩衝部を備え
ることを特徴とする。さらに、本発明の熱交換器は、前
記構成において、横断形状が矩形の四辺状に形成され、
その四辺四隅に前記緩衝部が形成される前記筒状の壁体
を備えることを特徴とする。

【０００９】さらにまた、本発明による給湯器は、ファ
ンと、このファンにより発生するガス流を加熱する熱源
と、この熱源により加熱された高温ガスを熱媒体とする
前記構成の熱交換器を備えることを特徴とする。

【００１０】

【作用および発明の効果】本発明の熱交換器は、通水管
を支える筒状の壁体の四隅の各角又は筒状の壁体の四面
の任意の位置に横断面波状曲げ成形加工を施すのみで熱
応力を吸収緩和することができるため、通水管と筒状の
壁体とのろう付等によるシール部の破損または破壊を容
易に防止することができる効果がある。

【００１１】また、前記シール部がろう付等できること
により、熱交換器が炉中一体ろう付工程のみで製造でき
るため大量生産による大幅なコスト低減が図れるという
効果がある。また、本発明の給湯器は、熱応力を緩和す
る熱交換器を使用するため、高温ガスを熱媒体とする高
熱負荷環境下において、熱応力による熱交換器の破損を
防止することができる効果がある。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明の熱交換器を給湯器に適用した第１実施例
を図１〜図３に示す。図２に示すように、給湯器１は、
ファン２と、バーナ３と、ハウジング４と、熱交換器１
０とから構成される。ファン２により吸気口５から吸入
した空気を矢印７方向に吹出し、この空気をバーナ３で
加熱し、矢印８方向に導き、熱交換器１０の通水管１３
を通る水に熱を与えて、この水を湯に変換する。

【００１３】ファン２は、給湯器１の下部に設けられた
吸気口５の付近に設けられ、外気を吸気口５から給湯器
内へ取り込む機能を有する。バーナ３はファン２の上方
に設けられ、ファン２から送られてくる空気を加熱する
機能を有する。ハウジング４は、下方に吸気口５と上方
に排気口６とを有し、ファン２とバーナ３と熱交換器１
０とを覆い内部を保護する機能を有する。

【００１４】熱交換器１０は、バーナ３の上方に設けら
れ、図１に示すように、熱交換用フィン１１と筒状の壁
体１２と通水管１３とを有する。熱交換用フィン１１
は、複数の薄板を互いに平行かつ一定間隔を保つように
並べられ、複数箇所において薄板に略直交する方向に貫
通する通水管１３とろう付される。

【００１５】筒状の壁体１２は、熱交換用フィン１１の
周囲を囲む四角柱状の筒からなり四隅の各角に熱交換用
フィン１１側へ折り曲げ高さ方向に延びる溝状の緩衝部
１２ａを有する。通水管１３は、円筒状の１本の管から
なり図示しない給水源に接続された給水口と、図示しな
い蛇口等に接続された出湯口とを有する。通水管１３の
配管形状は、Ｕ字形状を複数回折り返した形状を有す
る。すなわち、通水管１３は、熱交換用フィン１１と筒
状の壁体１２の側面とに対しほぼ直交するように、一方
の筒状の壁体１２の側面外側から熱交換用フィン１１と
他方の筒状の壁体１２の側面外側に貫通し、前記他方の
筒状の壁体１２の側面外側で折り返され、貫通した前記
経路と反対方向に平行な経路で再び熱交換用フィン１１
を貫通し、これらの貫通を繰り返す構成になっている。
通水管１３の給水口と出湯口とは筒状の壁体１２の同一
側面側に配置される。

【００１６】この通水管１３は、筒状の壁体１２の側面
にろう付されるシール部１４により支持されている。熱
交換器１０の組立て時、予め通水管１３を貫通させる穴
をあけた複数の薄板からなる熱交換用フィン１１に通水
管１３を貫通させ、熱交換用フィン１１が平行かつ一定
間隔を保つように治具等で固定した後、熱交換用フィン
１１の周囲を囲む筒状の筒状の壁体１２を仮止めする。
このようにして仮止めされた熱交換器１０は、炉中一体
ろう付の工程により熱交換用フィン１１と通水管１３お
よび筒状の壁体１２と通水管１３とがろう付固定され
る。

【００１７】給湯器１の作動時、給水源から供給される
水を通水管１３に流通した後、バーナ３に点火しファン
２の駆動により吸気口５から吸入した空気をバーナ３で
加熱する。加熱により発生した加熱空気を熱交換器１０
に送り熱交換用フィン１１を加熱し、加熱空気の余剰分
および熱交換器１０により冷却された空気を矢印９方向
に排気口６から排出する。図示しない給水源から給水さ
れる水は、熱交換器１０内の通水管１３を複数回折り返
し通過する際、熱交換用フィン１１から熱を奪うことに
より温度上昇をするため温水となって図示しない蛇口等
から導出される。

【００１８】図２に示すように、給湯器１の作動時、給
水口に近い部分の通水管１３は吸熱初期段階の低温の水
が流通するため加熱した筒状の壁体１２より温度が低
く、この温度差により筒状の壁体１２は、図３に示すＡ
方向に通水管１３に対して平行方向に伸長し、同様に通
水管１３も伸長するが、通水管１３の伸長量が筒状の壁
体１２の伸長量より小さいため熱歪みによる熱応力が発
生する。

【００１９】また、給湯器１の停止直後、給水口に近い
部分の通水管１３は、図３に示すＡ方向と逆方向に、筒
状の壁体１２の冷却と共に通水管１３に対して平行方向
に収縮するが、通水管１３の収縮量が筒状の壁体１２の
収縮量より小さいため熱歪みによる熱応力が発生する。
本発明の第１実施例によると、このような通水管１３と
筒状の壁体１２との伸縮量の差は緩衝部１２ａが吸収す
るため、シール部１４に発生する熱応力は過大にならな
い。このため、ろう付されたシール部１４の破損または
破壊を容易に防止することができる。

【００２０】次に本発明の第２実施例を図４に示す。第
２実施例は、熱歪みを吸収する緩衝部の形状を変更した
例である。筒状の壁体１７は、四隅の各角に熱交換用フ
ィン１１がない側へ折り曲げ高さ方向に延びる溝状の緩
衝部１７ａを有する。本発明の第２実施例によると、第
１実施例と同様に、緩衝部１７ａが熱応力を緩和し、ろ
う付されたシール部の破損を容易に防止することができ
る。

【００２１】次に本発明の第３実施例を図５に示す。第
３実施例は、緩衝部１７ａを設ける位置を変更した例で
ある。筒状の壁体１９は、通水管１３に対して平行な各
２面のそれぞれ任意の位置に熱交換用フィン１１がない
側へ折り曲げ高さ方向に延びる溝状の緩衝部１９ａを有
する。本発明の第３実施例によると、第１実施例と同様
に、緩衝部１９ａが熱応力を吸収し、ろう付されたシー
ル部の破損を容易に防止することができる。

【００２２】なお、筒状の壁体が通水管を支えることが
可能であれば、緩衝部の形状と数量は、前記第１、第２
または第３実施例に限られることはなく、例えば緩衝部
の形状は蛇腹状その他複雑な形状でもよく、緩衝部の数
量は２箇所、その他複数箇所でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による熱交換器の斜視図で
ある。

【図２】本発明の第１実施例による給湯器の構成図であ
る。

【図３】本発明の第１実施例による筒状の壁体と通水管
とのシール部断面図である。

【図４】本発明の第２実施例の要部斜視図である。

【図５】本発明の第３実施例の要部斜視図である。

【図６】従来例を示す熱交換器の斜視図である。

【図７】従来例を示す熱交換器の筒状の壁体と通水管と
のシール部断面図である。

【符号の説明】

１ 給湯器 ２ ファン ３ バーナ（熱源） ４ ハウジング ５ 吸気口 ６ 排出口 １０ 熱交換器 １１ 熱交換用フィン １２ 筒状の壁体 １２ａ 緩衝部 １３ 通水管 １４ シール部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温に晒される筒状の壁体と、 この筒状の壁体の内部に筒軸方向に高温ガスが流通する
   ように配設される複数の熱交換用フィンと、 前記複数の熱交換用フィンに略直交する方向に伝熱可能
   に接続され、前記筒状の壁体にろう付等により固定され
   る通水管と、 前記筒状の壁体の少なくとも長手方向の熱応力を緩和す
   るように前記筒状の壁体に形成される緩衝部とを備えた
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 前記緩衝部は、前記筒状の壁体に横断面
   波状に筒軸方向に沿って延びるように形成されることを
   特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記筒状の壁体は、横断形状が矩形の四
   辺状に形成され、その四辺四隅に前記緩衝部が形成され
   ることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 ファンと、このファンにより発生するガ
   ス流を加熱する熱源と、この熱源により加熱された高温
   ガスを熱媒体とする請求項１、２または３記載の熱交換
   器を備えることを特徴とする給湯器。