JP4574535B2 - 潜熱回収型熱交換器の製造方法。 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼排気中の水蒸気を凝縮させて潜熱を回収するようにした潜熱回収型熱交換器の製造方法に関する。

従来、この種の潜熱回収型熱交換器として、燃焼排気が流れる胴部内に蛇行形状の吸熱管を複数本配置し、これら吸熱管の一端部と他端部とを夫々流入ヘッダと流出ヘッダとに接続して、流入ヘッダから流出ヘッダにこれら吸熱管を介して被加熱流体を流し、燃焼排気中の水蒸気を吸熱管の外面で凝縮させて潜熱を回収するようにしたものは知られている(例えば、特許文献１参照)。

このものでは、各ヘッダを鋳物製として、各ヘッダに吸熱管用の筒状の差込み口を形成し、吸熱管の各端部をその外周にＯリングを装着した状態で各ヘッダの差込み口に挿入して、止め具により抜け止めしている。然し、これでは、Ｏリングや止め具が必要になって部品点数が増し、コストが高くなる不具合がある。
特開２００４−２７１１０９号公報

ところで、凝縮型熱交換器では、燃焼排気中の酸化物の溶け込みで強酸性になる凝縮水による吸熱管の腐食を防止するため、吸熱管を一般的な熱交換器で用いる銅管ではなく、ステンレス等の耐食性金属で形成している。然し、このような吸熱管を蛇行形状に曲げ加工したままでは、残留応力により応力腐食割れを生ずる可能性がある。そのため、吸熱管の曲げ加工後に熱処理(固溶化処理)を施して、残留応力を除去することが必要になる。

本発明は、蛇行形状の吸熱管の熱処理の必要性に着目し、可及的低コストで凝縮型熱交換器を製造できるようにした方法を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、燃焼排気が流れる胴部内に蛇行形状の吸熱管を複数本配置し、これら吸熱管の一端部と他端部とを夫々流入ヘッダと流出ヘッダとに接続して、流入ヘッダから流出ヘッダにこれら吸熱管を介して被加熱流体を流し、燃焼排気中の水蒸気を吸熱管の外面で凝縮させて潜熱を回収するようにした潜熱回収型熱交換器の製造方法において、蛇行形状に曲げ加工された複数本の吸熱管の一端部と他端部とを夫々流入ヘッダと流出ヘッダとに差し込んでサブアッセンブリーを組立てる工程と、サブアッセンブリーを加熱炉に投入して、これら吸熱管の各端部を各ヘッダにロー付けする炉中ロー付け工程とを備え、炉中ロー付け工程で吸熱管に残留応力を除去する熱処理が施されるようにし、各ヘッダは、吸熱管用の差込み口を開設した本体板と、本体板との間に閉鎖空間を画成する蓋板とで構成され、本体板から蓋板に向かう方向を横方向外方として、本体板の周囲と蓋板の周囲とに互いに横方向外方に斜めに屈曲する曲げ縁部を形成し、本体板の曲げ縁部と蓋板の曲げ縁部とを重ね合わせた状態でロー付けして各ヘッダを製造すると共に、各ヘッダの本体板の曲げ縁部の先端に、横方向に直交する方向に屈曲する取付け部を形成して、各ヘッダを取付け部において胴部の側板に取付けることを特徴とする。

本発明によれば、吸熱管の各端部を各ヘッダにロー付けするため、従来のようなＯリングや止め具が不要になり、部品点数が削減される。また、炉中ロー付け工程で吸熱管が熱処理されて、残留応力が除去される。そのため、吸熱管に別途熱処理を施す必要がなく、部品点数の削減と相俟って、凝縮型熱交換器の製造コストを可及的に低減できる。

ところで、流入ヘッダ及び流出ヘッダの軽量化と低コスト化のためには、各ヘッダを吸熱管の各端部の差込み口を開設した本体板と、本体板との間に閉鎖空間を画成する蓋板とで構成される板金製とすることが望まれる。この場合、一般的には、本体板の周囲と蓋板の周囲とに平面状のフランジ部を形成し、本体板のフランジ部と蓋板のフランジ部とを重ね合わせた状態でロー付けして各ヘッダを製造することが考えられる。ここで、本体板と蓋板との結合強度を確保するにはフランジ部をある程度幅広にする必要があり、この幅広のフランジ部がヘッダの外側に張り出して、ヘッダが大型化する。

これに対し、本体板の周囲に蓋板側に直角に屈曲する曲げ縁部を形成すると共に、蓋板の周囲に本体板側に直角に屈曲する曲げ縁部を形成し、本体板と蓋板とを両者の曲げ縁部において嵌合させて、曲げ縁部同士をロー付けすれば、ヘッダの外側にフランジ部が張り出さず、ヘッダの小型化を図ることができる。然し、この場合には、本体板と蓋板との結合強度を確保する上で、両者の曲げ縁部間のクリアランスをできるだけ小さくすることが必要になり、曲げ縁部同士の干渉で本体板と蓋板との組み合わせ作業がしにくくなる。

上記の不具合を解消するには、本体板の周囲と蓋板の周囲とに互いに同一方向に斜めに屈曲する曲げ縁部を形成し、本体板の曲げ縁部と蓋板の曲げ縁部とを重ね合わせた状態でロー付けして各ヘッダを製造することが望ましい。即ち、これによれば、本体板と蓋板とを曲げ縁部同士の干渉を生ずることなく容易に組合せることができ、また、曲げ縁部は平面状のフランジ部に比しヘッダ外側への張り出し量が小さく、ヘッダの小型化を図ることもできる。

尚、サブアッセンブリーの組立て前に、本体板の曲げ縁部と蓋板の曲げ縁部とをロー付けしておくことも可能であるが、本体板の曲げ縁部と蓋板の曲げ縁部とのロー付けを上記炉中ロー付け工程で行うようにすれば、製造コストの一層の削減を図ることができる。

図１を参照して、１は給湯器の外装ケースであり、外装ケース１内に、バーナ(図示せず)を内蔵する燃焼筐２と、燃焼筐２の上方の主熱交換器３と、主熱交換器３の上方の副熱交換器４とを配置している。また、燃焼筐２の下側には、燃焼筐２内に燃焼用空気を供給する燃焼ファン５が配置されている。

主熱交換器３は、バーナの燃焼排気が流れる胴部３０内に前後方向(図１の紙面垂直方向)の隙間を存して積層した多数の吸熱フィン(図示せず)と、これら吸熱フィンを貫通する前後方向に長手の複数本の吸熱管３１とを備えている。そして、胴部３０の前後の板の外面において、図１、図２に示す如く、主熱交換器３の吸熱管３１を２本宛Ｕベント３２を介して接続し、上流端の吸熱管３１−Ｓから下流端の吸熱管３１−Ｅに至る一連の熱交換水路を構成している。主熱交換器３の上流端の吸熱管３１―Ｓには副熱交換器４を介して給水管Ｋ１が接続され、下流端の吸熱管３１―Ｅには出湯管Ｋ２が接続されている。そして、出湯管Ｋ２の下流端の出湯栓(図示せず)が開かれて副熱交換器４及び主熱交換器３に通水されたとき、バーナに点火されて、副熱交換器４及び主熱交換器３で加熱された温水が出湯栓から出湯されるようにしている。

副熱交換器４は潜熱回収型熱交換器であり、図２、図３に示す如く、胴部４０内に配置した蛇行形状の複数本(本実施形態では６本)の吸熱管４１を備えている。胴部４０は後上がりに傾斜する底板部４０１を有しており、底板部４０１の後部に排気導入口４０２が開設されている。そして、主熱交換器３を通過したバーナの燃焼排気が主熱交換器３上の排気フード３３を介して排気導入口４０２から胴部４０内に流入するようにしている。また、胴部４０の前面には排気排出口４０３が設けられており、胴部４０内に排気排出口４０３に向けて燃焼排気が流れる。

胴部４０の横方向一側の側板４０４の内面には、複数本の吸熱管４１の一端部を接続する前側の流入ヘッダ４２_１と、これら吸熱管４１の他端部を接続する後側の流出ヘッダ４２_２とが取り付けられている。そして、流入ヘッダ４２_１に給水管Ｋ１を接続すると共に、流出ヘッダ４２_２に、主熱交換器３の上流端の吸熱管３１−Ｓに連なる接続管Ｋ３を接続している。出湯栓を開くと、流入ヘッド４２_１から流出ヘッド４２_２に複数本の吸熱管４１を介して被加熱流体たる水が流れ、燃焼排気中の水蒸気が吸熱管４１の外面で凝縮して、潜熱が回収される。かくして、潜熱により予熱された水が副熱交換器４から主熱交換器３に供給される。

吸熱管４１は、耐食性金属、例えば、ステンレス製のコルゲート管を蛇行形状に曲げ加工して形成される。ここで、ステンレス製の管を曲げ加工したままでは、応力が残留して、残留応力による応力腐食割れを生ずる可能性があるため、熱処理(固溶化処理)で残留応力を除去する必要がある。

また、流入ヘッダ４２_１と流出ヘッダ４２_２は、軽量化と低コスト化のため、共に板金製としている。これを詳述するに、各ヘッダ４２_１，４２_２は、図４、図５に示す如く、ステンレス製の本体板４２１と、本体板４２１との間に閉鎖空間を画成するステンレス製の蓋板４２２とで構成されている。本体板４２１には、吸熱管４１用の差込み口４２３が複数本の吸熱管４１に対応して複数開設され、蓋板４２２には、給水管Ｋ１や接続管Ｋ３用の単一のジョイント部４２４が設けられている。そして、本体板４２１の周囲と蓋板４２２の周囲とに互いに同一方向に斜めに屈曲する曲げ縁部４２１ａ，４２２ａを形成し、本体板４２１の曲げ縁部４２１ａと蓋板４２２の曲げ縁部４２２ａとを重ね合わせた状態でロー付けして各ヘッダ４２_１，４２_２を製造している。

尚、本実施形態では、本体板４２１から蓋板４２２に向かう方向を横方向外方として、本体板４２１と蓋板４２２との両者の曲げ縁部４２１ａ，４２２ａを横方向外方に屈曲させている。そして、胴部４０の側板４０４に対する各ヘッダ４２_１，４２_２の取付け部４２５を本体板４２１の曲げ縁部４２１ａの先端に横方向に直交する方向に屈曲させて形成している。また、本実施形態で流入ヘッダ４２_１と流出ヘッダ４２_２とは上下反転しているだけで全く同一である。

ところで、本体板４２１と蓋板４２２とを両者の周囲に形成した平面状のフランジ部において重ね合わせてロー付けすることも考えられるが、これでは、フランジ部がヘッダ４２_１，４２_２の外側に大きく張り出して、ヘッダ４２_１，４２_２が大型化する。また、本体板４２１の周囲に蓋板４２２側に直角に屈曲する曲げ縁部を形成すると共に、蓋板４２２の周囲に本体板４２１側に直角に屈曲する曲げ縁部を形成し、本体板４２１と蓋板４２２の両者の曲げ縁部同士を嵌合させてロー付けすることも考えられる。然し、この場合には、本体板４２１と蓋板４２２との結合強度を確保する上で、両者の曲げ縁部間のクリアランスをできるだけ小さくすることが必要になり、曲げ縁部同士の干渉で本体板４２１と蓋板４２２との組み合わせ作業がしにくくなる。これに対し、本実施形態では、本体板４２１と蓋板４２２とを両者の曲げ縁部４２１ａ，４２２ａ同士の干渉を生ずることなく容易に組合せることができるため、作業性が良くなり、且つ、曲げ縁部４２１ａ，４２２ａは平面状のフランジ部に比しヘッダ４２_１，４２_２の外側への張り出し量が小さく、ヘッダ４２_１，４２_２の小型化を図ることもできる。

副熱交換器４の製造に際しては、先ず、蛇行形状に曲げ加工された熱処理前の複数本の吸熱管４１の一端部と他端部とをその外面にロー材(ペースト状のニッケルロー材等)を塗布した状態で流入ヘッダ４２_１と流出ヘッダ４２_２の本体板４２１の差込み口４２３に差し込む。次に、各ヘッダ４２_１，４２_２の本体板４２１に蓋板４２２を両者の曲げ縁部４２１ａ，４２２ａ同士が重なり合うように組合せ、図６に示すサブアッセンブリーを組立てる。この際、本体板４２１の曲げ縁部４２１ａと蓋板４２２の曲げ縁部４２２ａとの少なくとも一方に予めロー材を塗布しておく。

次に、サブアッセンブリーを加熱炉(図示せず)に投入し、炉中ロー付け処理を行う。これにより複数本の吸熱管４１の一端部と他端部とが夫々流入ヘッダ４２_１と流出ヘッダ４２_２とにロー付けされると共に、各ヘッダ４２_１，４２_２の本体板４２１と蓋板４２２とがロー付けされる。更に、炉中ロー付け処理中に吸熱管４１が熱処理(固溶化処理)され、吸熱管４１の残留応力が除去される。

炉中ロー付け処理後は、サブアッセンブリーを流入ヘッダ４２_１及び流出ヘッダ４２_２の取付け部４２５において側板４０４に取り付ける。この際、各ヘッダ４２_１，４２_２のジョイント部４２４が側板４０４を通してその外面に突出する。最後に、側板４０４を胴部４０の一側面に取付けて、吸熱管４１を胴部４０に収納する。

以上の方法で副熱交換器４を製造すれば、各吸熱管４１をＯリング及び止め具を用いずに各ヘッダ４２_１，４２_２に接続でき、部品点数を削減できる。しかも、吸熱管４１に残留応力を除去するための熱処理を別途施さずに済み、部品点数の削減と相俟って、副熱交換器４の製造コストを可及的に低減できる。

尚、サブアッセンブリーの組立て前に、各ヘッダ４２_１，４２_２の本体板４２１と蓋板４２２とをロー付けして、各ヘッダ４２_１，４２_２を製造しておくことも可能であるが、サブアッセンブリーの炉中ロー付け工程で本体板４２１と蓋板４２２とをロー付けした方がコスト的に有利である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、給湯器の副熱交換器４から成る潜熱回収型熱交換器の製造に本発明を適用しているが、給湯器以外で使用する潜熱回収型熱交換器の製造にも同様に本発明を適用できる。

本発明方法で製造された潜熱回収型熱交換器から成る副熱交換器を具備する給湯器の正面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した切断側面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した切断平面図。 図１の副熱交換器に設けられた流入ヘッダの分解状態の斜視図。 図４の流入ヘッダの組立て状態の縦断面図。 図１の副熱交換器のサブアッセンブリーの組立て状態を示す斜視図。

符号の説明

４…副熱交換器(潜熱回収型熱交換器)、４０…胴部、４１…吸熱管、４２_１…流入ヘッダ、４２_２…流出ヘッダ、４２１…本体板、４２２…蓋板、４２１ａ，４２２ａ…曲げ縁部、４２３…差込み口。

Claims (2)

1. 燃焼排気が流れる胴部内に蛇行形状の吸熱管を複数本配置し、これら吸熱管の一端部と他端部とを夫々流入ヘッダと流出ヘッダとに接続して、流入ヘッダから流出ヘッダにこれら吸熱管を介して被加熱流体を流し、燃焼排気中の水蒸気を吸熱管の外面で凝縮させて潜熱を回収するようにした潜熱回収型熱交換器の製造方法において、
   蛇行形状に曲げ加工された複数本の吸熱管の一端部と他端部とを夫々流入ヘッダと流出ヘッダとに差し込んでサブアッセンブリーを組立てる工程と、
   サブアッセンブリーを加熱炉に投入して、これら吸熱管の各端部を各ヘッダにロー付けする炉中ロー付け工程とを備え、
   炉中ロー付け工程で吸熱管に残留応力を除去する熱処理が施されるようにし、
   各ヘッダは、吸熱管用の差込み口を開設した本体板と、本体板との間に閉鎖空間を画成する蓋板とで構成され、本体板から蓋板に向かう方向を横方向外方として、本体板の周囲と蓋板の周囲とに互いに横方向外方に斜めに屈曲する曲げ縁部を形成し、本体板の曲げ縁部と蓋板の曲げ縁部とを重ね合わせた状態でロー付けして各ヘッダを製造すると共に、
   各ヘッダの本体板の曲げ縁部の先端に、横方向に直交する方向に屈曲する取付け部を形成して、各ヘッダを取付け部において胴部の側板に取付けることを特徴とする潜熱回収型熱交換器の製造方法。
2. 前記本体板の曲げ縁部と前記蓋板の曲げ縁部とのロー付けは前記炉中ロー付け工程で行われることを特徴とする請求項１記載の潜熱回収型熱交換器の製造方法。

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