JP2002323294A

JP2002323294A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2002323294A
Application number: JP2001206846A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Osakabe; 長賀部　　博之; Shigeki Okochi; 大河内　　隆樹
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2002-11-08

Abstract

(57)【要約】【課題】耐蝕寿命を向上できる熱交換器１を提供する
こと。【解決手段】熱交換器１には、積層方向に隣合うチュ
ーブ２同士の間でフィンが設置される空間の左右両側に
それぞれガイド７が配置され、この両ガイド７によって
左右両側が区画された空間を燃焼ガスが通過する様に設
けられている。また、燃焼ガスの出口側でチューブ２を
形成する２枚の伝熱プレート同士が接合されている接合
部（ろう付け部）を挟み込む様に、接合部の両側にそれ
ぞれプレート８が配置されている。これにより、燃焼ガ
スの凝縮によって生じた凝縮水がチューブ２及びチュー
ブ２同士の接合部（Ｃｕ系のろう材を使用して接合され
ているろう付け部）側へ流れることを防止できる。その
結果、凝縮水との接触に伴うろう付け部の腐食を防止で
きるので、熱交換器１の耐蝕寿命を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体と燃焼ガスと
の熱交換を行う熱交換器であり、特に給湯器用の熱交換
器に用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、例えば、特開平９−１
２６５５４号公報に記載された熱交換装置がある。この
熱交換装置は、燃焼ガスの顕熱を回収して給湯水を加熱
する主熱交換器と、燃焼ガスの流れ方向において主熱交
換器の下流側に配置される副熱交換器とを備え、この副
熱交換器で燃焼ガスの凝縮潜熱をも回収して、主熱交換
器で加熱される前の給湯水を加熱している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の副熱
交換器では、燃焼ガスの温度が露点温度（５０〜６０
℃）まで低下して、燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）
や硫化酸化物（ＳＯｘ）が溶解した凝縮水が発生する。
このため、副熱交換器として、伝熱面積を大きく確保で
きる所謂ドロンカップタイプの熱交換器を使用した場
合、給湯水が流通するチューブの接合部が腐食する問題
を生じる。つまり、ドロンカップタイプの熱交換器に使
用されるチューブは、通常２枚の伝熱プレートを板厚方
向に組み合わせて、両者の周縁部をろう付けして形成さ
れている。ここで、Ｃｕ系のろう材を使用すると、発生
した凝縮水によってろう材が腐食してしまい、十分な接
合強度（耐久性）を確保できなくなる。

【０００４】この問題に対しては、例えば特開平９−２
８５８８８号公報に記載されている様に、Ｎｉ系のろう
材にてろう付けを行えば良いことが知られている。しか
し、ＷＨＯ（世界保健機関）が定める飲料水の水質ガイ
ドラインでは、Ｃｕが０．５ｍｇ／Ｌであるのに対し、
Ｎｉは０．０２ｍｇ／Ｌと厳しいので、給湯水に直接晒
される可能性があるチューブの接合部にＮｉ系のろう材
を使用することは望ましくない。本発明は、上記事情に
基づいて成されたもので、その目的は、耐蝕寿命を向上
できる熱交換器を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）本発
明の熱交換器は、積層方向に隣合うチューブ同士の間で
フィンが配置される空間の左右両側にそれぞれガイドを
設置し、この両ガイドによって左右両側が区画された空
間を燃焼ガスが通過する様に構成され、且つ燃焼ガスの
流通方向に対し左右両側に配置されるチューブのろう付
け部及びチューブ同士のろう付け部に対し、ガイドが内
側に配置されている。

【０００６】この構成によれば、両ガイドによって左右
両側が区画された空間を燃焼ガスが通過するので、燃焼
ガスが凝縮して凝縮水が発生しても、その凝縮水がガイ
ドの外側へ流れ出ることを防止できる。その結果、ガイ
ドの外側に設けられているチューブのろう付け部及びチ
ューブ同士のろう付け部に凝縮水が接触することを防止
でき、接合部の耐蝕性を確保できる。

【０００７】（請求項２の手段）請求項１に記載した熱
交換器において、ガイドは、フィンと一体に設けられて
いる。これにより、部品点数を削減でき、且つ組付けを
容易にできるので、作業工数を低減できる。

【０００８】（請求項３の手段）請求項２に記載した熱
交換器において、フィンは、山部と谷部とが交互に連続
して設けられた波形フィンであり、その波形フィンの最
も外側に位置するフィン側面がガイドとして設けられて
いる。この構成では、フィンの一部（フィン側面）をガ
イドとして使用するので、新たにガイドを設計する必要
がなく、既存のフィンを利用できる。

【０００９】（請求項４の手段）請求項１〜３に記載し
た何れかの熱交換器において、ガイドは、伝熱性に優れ
る金属材料によって形成され、チューブの外表面にＮｉ
系のろう材を使用してろう付け接合されている。この構
成によれば、ガイドをフィンの一部として使用できるの
で、その分、伝熱面積を増大でき、性能向上に寄与でき
る。また、Ｎｉ系のろう材を使用することにより、耐蝕
性も確保できる。

【００１０】（請求項５の手段）請求項１〜４に記載し
た何れかの熱交換器において、燃焼ガスの出口側に配置
されるチューブのろう付け部に対し、このろう付け部の
両側にそれぞれプレートを設置し、燃焼ガスが凝縮した
凝縮水がプレートの表面を伝って滴下する様に構成され
ている。この構成によれば、請求項１〜４の手段に記載
した何れかの効果に加えて、燃焼ガスが凝縮して凝縮水
が発生しても、その凝縮水がプレートの表面を伝って滴
下するので、燃焼ガスの出口側に配置されるチューブの
ろう付け部に凝縮水が接触することを防止できる。

【００１１】（請求項６の手段）本発明の熱交換器は、
燃焼ガスの出口側に配置されるチューブのろう付け部に
対し、このろう付け部の両側にそれぞれプレートを設置
し、燃焼ガスが凝縮した凝縮水がプレートの表面を伝っ
て滴下する様に構成されている。この構成によれば、燃
焼ガスが凝縮して凝縮水が発生しても、その凝縮水がプ
レートの表面を伝って滴下するので、燃焼ガスの出口側
に配置されるチューブのろう付け部に凝縮水が接触する
ことを防止できる。

【００１２】（請求項７の手段）請求項１〜６に記載し
た何れかの熱交換器において、チューブは、２枚の伝熱
プレートを組み合わせて形成され、他方の伝熱プレート
の端部に一方の伝熱プレートの端部を巻締めして組付け
られている。この場合、伝熱プレート同士の組付け部を
巻締め構造とすることにより、ろう付け長さを長く確保
でき、且つ板厚方向の両側にろう付け面を形成できるの
で、十分な接合強度を確保できる。

【００１３】（請求項８の手段）請求項１〜７に記載し
た何れかの熱交換器において、流体通路を形成するチュ
ーブの接合部及びチューブ同士の接合部は、Ｃｕ系のろ
う材を使用してろう付け接合されている。請求項１〜７
に記載した発明によれば、凝縮水がチューブのろう付け
部及びチューブ同士のろう付け部に接触することを防止
できるので、Ｃｕ系のろう材を使用してろう付けするこ
とが可能である。

【００１４】（請求項９の手段）請求項５または６に記
載した熱交換器において、ろう付け部の両側に設置され
るプレートは、フィンと一体に設けられている。この場
合、多段に積層される複数のチューブ毎にプレートを組
付ける必要がなく、プレートを設けることによる作業工
数の増大を防止できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。（第１実施例）図１は熱交換器１の正面図、図２は熱交
換器１の側面図である。本実施例の熱交換器１は、給湯
器に使用されて給湯水と燃焼ガスとの熱交換を行うもの
で、図２に示す様に、複数のチューブ２をフィン３と共
に積層して構成される所謂ドロンカップタイプと呼ばれ
る熱交換器１であり、一体ろう付けによって製造され
る。

【００１６】チューブ２は、図４及び図５に示す２枚の
伝熱プレート４（４Ａ、４Ｂ）を組み合わせ、互いの周
縁部をろう付けにより気密に接合して形成される。２枚
の伝熱プレート４は、一方の伝熱プレート４Ａ（図４参
照）の周縁部に巻締め部４ａが設けられること以外は略
同一形状であり、図３（ｂ）に示す様に、他方の伝熱プ
レート４Ｂの端部に一方の伝熱プレート４Ａの端部（巻
締め部４ａ）を巻締めして組付けられ、その組付け面４
ｂがＣｕ系のろう材を使用して接合される。

【００１７】この２枚の伝熱プレート４を組み合わせて
形成されるチューブ２は、内部にＵ字状の流水通路が形
成される偏平管部２Ａと、流水通路の両端に通じる一組
のタンク部２Ｂとが設けられ、このタンク部２Ｂに連通
口２ｂ（図４参照）が開口している。なお、チューブ２
の内部には、図３（ａ）に示す様に、伝熱面積を増大す
るためにインナフィン９を挿入しても良い。

【００１８】タンク部２Ｂは、偏平管部２Ａより厚み幅
が大きく設けられ、そのタンク部２Ｂを形成する伝熱プ
レート４の外表面には、連通口２ｂの周囲にろう付け面
となる平坦部２ｃ（図６及び図８参照）が環状に設けら
れている。なお、タンク部２Ｂを形成している伝熱プレ
ート４の断面形状（Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断
面）と、偏平管部２Ａを形成している伝熱プレート４の
断面形状（Ｄ−Ｄ断面）を図６〜図８に示す。

【００１９】複数のチューブ２は、図２に示す様に、互
いのタンク部２Ｂ同士を連ねて積層され、連通口２ｂの
周囲に設けられる平坦部２ｃ同士がＣｕ系のろう材を使
用して接合される。これにより、タンク部２Ｂに開口す
る連通口２ｂを通じて各チューブ２の流水通路が相互に
連通している。なお、積層方向の一端側（図２の左端
側）に配されるチューブ２には、給湯水の流入口５と流
出口６（図１参照）がそれぞれ対応するタンク部２Ｂに
接合されている。また、積層方向の両端には、それぞれ
補強用のプレート１０（図３（ａ）参照）が接合され
る。

【００２０】タンク部２Ｂより厚み幅が薄い偏平管部２
Ａでは、隣合う偏平管部２Ａ同士の間に略一定の幅を有
する偏平な空間が形成され、その空間にフィン３が配置
される。このフィン３は、図１２（ａ）に示す様に、伝
熱性に優れる帯状の金属板（例えばアルミニウム板、ス
テンレス板等）を凹凸状に折り曲げて形成され、偏平管
部２Ａを形成する伝熱プレート４の表面にＮｉ系のろう
材を使用して接合される。

【００２１】本実施例の熱交換器１には、燃焼ガスが凝
縮して生じる凝縮水がチューブ２の接合部及びチューブ
２同士の接合部（Ｃｕ系のろう材を使用して接合される
ろう付け部）に接触しない様に、以下に説明するガイド
７とプレート８が取り付けられている。ガイド７は、図
２に示す様に、積層方向に隣合うチューブ２同士の間で
フィン３が設置される空間の左右両側（図２の上下両
側）に、それぞれ燃焼ガスの流れ方向（図１に示す熱交
換器１に対し左側から右側へ流れる）に沿って配置さ
れ、この両ガイド７によって左右両側が区画された空間
を燃焼ガスが通過する様に設けられている。

【００２２】このガイド７は、図９に示す様に、Ｕ字状
に曲げられた仕切り部７Ａと、長手方向の一端部に設け
られた矩形状の遮蔽部７Ｂとを有し、隣合う偏平管部２
Ａ同士の間に仕切り部７Ａが挿入され、遮蔽部７Ｂが燃
焼ガスの入口側（図１の左側）に配されている。なお、
このガイド７は、フィン３と同様に伝熱性に優れる金属
板（例えばアルミニウム板、ステンレス板等）から成形
され、フィン３と共に伝熱面積を増大する作用を有して
いる。

【００２３】仕切り部７Ａは、図９（ｃ）に示す様に、
Ｕ字状に曲げられた両端部が折り返されて接合代７ａが
形成され、この接合代７ａとＵ字状の頂部とが、チュー
ブ２の偏平管部２Ａを形成している伝熱プレート４の表
面にＮｉ系のろう材を使用して接合されている。遮蔽部
７Ｂは、自身の平坦面がチューブ２の積層方向に沿って
配され、その積層方向に隣接するガイド７の遮蔽部７Ｂ
同士が隙間無く連続することにより、燃焼ガスが遮蔽部
７Ｂの外側へ流れ出ることを防止している。

【００２４】プレート８は、長方形の薄板材（図１０参
照）であり、図１１に示す様に、燃焼ガスの出口側で、
チューブ２を形成する２枚の伝熱プレート４同士が接合
されている接合部（ろう付け部）を挟み込む様に接合部
の両側に設けられ、燃焼ガスが流れる方向へ接合部より
長く延設されている。このプレート８は、両ガイド７と
の間に隙間が開かない様に、プレート８の上端がガイド
７の下端面に当接して配置され、チューブ２の偏平管部
２Ａを形成している伝熱プレート４の表面にＮｉ系のろ
う材を使用して接合されている。

【００２５】次に、本実施例の作用及び効果を説明す
る。給湯水は、熱交換器１の流入口５から各チューブ２
の一方のタンク部２Ｂへ流入し、その一方のタンク部２
Ｂから偏平管部２Ａに形成される流水通路を流れて他方
のタンク部２Ｂへ流入し、その他方のタンク部２Ｂから
流出口６を通って流出する。

【００２６】一方、燃焼ガスは、熱交換器１の上方から
下方へ向かって（図１の左方から右方へ）流れ、熱交換
器１を通過する際に給湯水と熱交換されて給湯水を加熱
する。この時、燃焼ガスは、少なくとも熱交換器１の出
口側で露点温度以下（例えば３０〜５０℃）まで温度低
下して凝縮する。つまり、この熱交換器１は、燃焼ガス
の顕熱だけでなく、燃焼ガスが凝縮する際に放出される
潜熱をも吸収して給湯水を加熱することができる。

【００２７】（本実施例の効果）本実施例の熱交換器１
は、２つのガイド７によって左右両側が仕切られた空間
を燃焼ガスが通過する様に構成され、且つ熱交換器１の
出口側に設けられるチューブ２の接合部（ろう付け部）
を両側からプレート８で挟み込んでいるので、燃焼ガス
の凝縮によって生じた凝縮水がチューブ２の接合部及び
チューブ２同士の接合部（Ｃｕ系のろう材を使用して接
合されているろう付け部）側へ流れることを防止でき
る。特に、フィン３の表面あるいはチューブ２の表面に
凝縮した凝縮水は、図１１に示す様に、自重によりプレ
ート８の表面を伝って滴下するため、凝縮水がチューブ
２の接合部（ろう付け部）に接触することを防止でき
る。その結果、凝縮水との接触に伴うろう付け部の腐食
を防止できるので、熱交換器１の耐蝕寿命を向上でき
る。

【００２８】また、ガイド７を設置することにより、そ
のガイド７をフィン３の一部としても使用できるので、
その分、伝熱面積を増大でき、性能向上に寄与できる。
プレート８は、図１２（ｂ）に示す様に、最下段のフィ
ン３と一体に設けても良い。この場合、多段に積層され
る複数のチューブ２毎にプレート８を組付ける必要がな
く、プレート８を設置することによる作業工数の増大を
防止できる。このプレート８は、燃焼ガスの出口側のみ
に配置すれば良い。つまり、燃焼ガスの入口側に配置す
る必要はないので、プレート８の設置によって必要以上
に重量が増加することを防止できる。なお、本実施例の
熱交換器１は、給湯水と燃焼ガスとを熱交換させている
が、給湯水に限定されるものではない。

【００２９】（第２実施例）本実施例は、ガイド７をフ
ィン３と一体に設けた場合の一例である。第１実施例で
は、ガイド７をフィン３と別体に設けているが、ガイド
７もフィン３も積層方向に隣合うチューブ同士の間に配
置されるので、両者を一体に設けることが可能である。
この場合、第１実施例に記載したガイド７（図９参照）
をそのままフィン３と一体化しても良いが、例えば図１
３に示す様に、フィン３の横幅方向の両外側にフィン側
面３ａを設けて、そのフィン側面３ａをガイド７として
使用することもできる。

【００３０】上記の様に、ガイド７をフィン３と一体に
設けることで、部品点数を低減でき、且つ組付けも容易
にできるので、作業工程の短縮化によるコストダウンを
図ることも可能である。なお、図１４に示す様に、燃焼
ガスの流れを蛇行させて乱流効果を得るために、フィン
３に切り起こし３ｂを設けても良いが、ガイド７として
使用されるフィン側面３ａには切り起こし３ｂを設けな
いことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器の正面図である。

【図２】熱交換器の側面図である。

【図３】（ａ）図１のＦ−Ｆ断面図と、（ｂ）巻締め部
の拡大断面図である。

【図４】一方の伝熱プレートの三面図である。

【図５】他方の伝熱プレートの三面図である。

【図６】図４に示す伝熱プレートのＡ−Ａ断面図であ
る。

【図７】図４に示す伝熱プレートのＤ−Ｄ断面図であ
る。

【図８】図４に示す伝熱プレートのＢ−Ｂ断面図（ａ）
とＣ−Ｃ断面図（ｂ）である。

【図９】ガイドの三面図である。

【図１０】プレートの平面図（ａ）と端面図（ｂ）であ
る。

【図１１】プレートの取付け状態を示す図面である。

【図１２】フィンの断面図（ａ）とプレートとフィンを
一体化した正面図（ｂ）である。

【図１３】ガイドを一体化したフィンの斜視図である。

【図１４】ガイドを一体化したフィンの斜視図である。

【符号の説明】

１熱交換器２チューブ３フィン３ａフィン側面４伝熱プレート４Ａ一方の伝熱プレート４Ｂ他方の伝熱プレート７ガイド８プレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周囲がろう付け接合されて内部に流体通路
を形成するチューブと、このチューブの外表面に接触して伝熱面積を増大するフ
ィンとを備え、前記フィンを挟み込んで前記チューブを複数段に積層
し、隣合う前記チューブ同士の組付け部をろう付け接合
して組み立てられ、前記チューブの流体通路を流れる流
体と前記チューブの外側を上方から下方へ向かって流れ
る燃焼ガスとの熱交換を行う熱交換器であって、積層方向に隣合う前記チューブ同士の間で前記フィンが
配置される空間の左右両側にそれぞれガイドを設置し、
この両ガイドによって左右両側が区画された空間を燃焼
ガスが通過する様に構成され、且つ燃焼ガスの流通方向
に対し左右両側に配置される前記チューブのろう付け部
及び前記チューブ同士のろう付け部に対し、前記ガイド
が内側に配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】請求項１に記載した熱交換器において、前記ガイドは、前記フィンと一体に設けられていること
を特徴とする熱交換器。
【請求項３】請求項２に記載した熱交換器において、前記フィンは、山部と谷部とが交互に連続して設けられ
た波形フィンであり、その波形フィンの最も外側に位置
するフィン側面が前記ガイドとして設けられていること
を特徴とする熱交換器。
【請求項４】請求項１〜３に記載した何れかの熱交換器
において、前記ガイドは、伝熱性に優れる金属材料によって形成さ
れ、前記チューブの外表面にＮｉ系のろう材を使用して
ろう付け接合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】請求項１〜４に記載した何れかの熱交換器
において、燃焼ガスの出口側に配置される前記チューブのろう付け
部に対し、このろう付け部の両側にそれぞれプレートを
設置し、燃焼ガスが凝縮した凝縮水が前記プレートの表
面を伝って滴下する様に構成されていることを特徴とす
る熱交換器。
【請求項６】周囲がろう付け接合されて内部に流体通路
を形成するチューブと、このチューブの外表面に接触して伝熱面積を増大するフ
ィンとを備え、前記フィンを挟み込んで前記チューブを複数段に積層
し、隣合う前記チューブ同士の組付け部をろう付け接合
して組み立てられ、前記チューブの流体通路を流れる流
体と前記チューブの外側を上方から下方へ向かって流れ
る燃焼ガスとの熱交換を行う熱交換器であって、燃焼ガスの出口側に配置される前記チューブのろう付け
部に対し、このろう付け部の両側にそれぞれプレートを
設置し、燃焼ガスが凝縮した凝縮水が前記プレートの表
面を伝って滴下する様に構成されていることを特徴とす
る熱交換器。
【請求項７】請求項１〜６に記載した何れかの熱交換器
において、前記チューブは、２枚の伝熱プレートを組み合わせて形
成され、他方の伝熱プレートの端部に一方の伝熱プレー
トの端部を巻締めして組付けられていることを特徴とす
る熱交換器。
【請求項８】請求項１〜７に記載した何れかの熱交換器
において、前記流体通路を形成する前記チューブの接合部及び前記
チューブ同士の接合部は、Ｃｕ系のろう材を使用してろ
う付け接合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項９】請求項５または６に記載した熱交換器にお
いて、前記ろう付け部の両側に設置される前記プレートは、前
記フィンと一体に設けられていることを特徴とする熱交
換器。