JP2821641B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、たとえば夏季には冷房に用いられるとと
もに、冬季には暖房に用いられる冷暖房装置に使用され
る熱交換器に関し、さらに詳しくは夏季に冷房用の冷媒
として利用されるフレオン等を、冬季には石油バーナま
たはガスバーナ等の燃焼熱により加熱して蒸発させ、そ
の潜熱を利用して暖房を行う冷暖房装置において、冷媒
をバーナの燃焼熱により加熱するのに使用される熱交換
器に関する。

この明細書において、前後、左右は第２図を基準と
し、前とは第２図上側を指し、後とはこれと反対側を指
すものとする。また、左とは第２図左側を指し、右とは
これと反対側を指すものとする。また、この明細書にお
いて、「アルミニウム」という語には、純アルミニウム
のほかにアルミニウム合金を含むものとする。

従来の技術 このような冷暖房装置としては、第８図に示すよう
に、燃焼ガスにより冷媒を加熱する熱交換器（40）と、
放熱器（41）と、熱交換器（40）と放熱器（41）とを連
結する密閉管路（42）と、密閉管路（42）の途中に設け
られて冷媒を強制循環させる冷媒搬送機（43）とよりな
るものが用いられている。

従来、このような冷暖房装置の熱交換器としては、第
９図に示すように、内部が燃焼室とされるアルミニウム
押出型材製円筒状燃焼胴（50）の周壁（50a）に、燃焼
胴（50）の軸線方向に伸びる貫通孔（51）が円周方向に
所定間隔をおいて複数形成され、燃焼胴（50）の周壁
（50a）内面に、長さ方向にのびる複数のフィン（52）
が円周方向に所定間隔をおいて一体に形成され、複数の
ヘアピン状冷媒流通管（53）の直管部が隣り合う貫通孔
（51）内に挿通させられ、各ヘアピン状冷媒流通管（5
3）がＵ字状連結管（54）で連結され、燃焼胴（50）の
一端開口にバーナ（55）が取付けられたものが使用され
ていた。

発明が解決しようとする課題 ところが、上記従来の熱交換器では、冷媒の通路が冷
媒流通管（53）の屈曲部および連結管（54）においてそ
れぞれＵ形に屈曲されたものとなっているので、圧力損
失が大きくなるという問題があった。また、冷媒通路の
断面積が小さいという問題があった。

そこで、上記問題を解決する熱交換器として、アルミ
ニウム製円筒状燃焼胴と、内部に複数の冷媒通路を有
し、かつ冷媒通路が円周方向または燃焼胴の軸線方向に
伸びるように燃焼胴の外周面に密着させられて燃焼胴に
ろう付されたアルミニウム製円弧管状冷媒通路部材とを
備えたものが提案されている（実開昭63−97066号公
報）。この熱交換器では、上述した従来の熱交換器の有
する問題点は解消できるが、次のような問題が生じると
考えられる。すなわち、燃焼胴が円筒状であるとともに
冷媒通路部材が円弧状であるため、このような熱交換器
を製造するためには、複雑な構造の治具を、多く必要と
するとともに、治具による燃焼胴と冷媒通路部材との固
定作業が面倒になるという問題がある。また、治具によ
る固定時に燃焼胴と冷媒通路部材とを完全に密着させる
ことはできず、その結果製造された熱交換器における燃
焼胴の外周面と冷媒通路部材との間に隙間ができること
は避け得ない。このような隙間が存在すると、冷媒通路
部材における燃焼胴側の壁に孔食が発生した場合、フレ
オンなどの冷媒が漏れて上記隙間に入り込み、これが燃
焼胴に孔食を発生させる原因となる。その結果、上記フ
レオンが燃焼胴内に侵入し、フレオンと燃焼ガスとが反
応して有毒ガスが発生する。また、上記隙間が存在する
ことにより、燃焼胴から冷媒通路部材への伝熱効率が悪
くなる。

この発明の目的は、上記問題を全て解決した熱交換器
を提供することにある。

課題を解決するための手段 この発明による熱交換器は、一端にバーナが取付けら
れる筒状燃焼胴と、燃焼胴の他端開口を閉鎖するアルミ
ニウム製伝熱隔壁と、伝熱隔壁の内側に形成されている
高温ガス通路と、伝熱隔壁の外面にろう付され、かつ内
部の複数の冷媒通路を有するアルミニウム製偏平管状冷
媒通路部材とにより、高温ガス通路が、アルミニウムブ
レージングシート製固定部材を介して伝熱隔壁の内面に
ろう付され、かつ左右側壁部と左右側壁部の後縁部どう
しを一体的に連結する後壁部とを有する上下２つのアル
ミニウム押出型材製高温ガス流規制部材を備えており、
固定部材が、伝熱隔壁内面への密接部分と、伝熱隔壁内
面への密接部分に連なりかつ高温ガス流規制部材の左右
側壁部内面に密接する部分と、伝熱隔壁内面への密接部
分および左右側壁部内面への密接部分に連なりかつ後縁
部が左右側壁の後縁部と合致するとともに、上下の高温
ガス流規制部材間からの側方への排気ガスの流出を防止
するガス漏れ防止部分とよりなり、伝熱隔壁内面および
固定部材の伝熱隔壁内面への密接部分のうちいずれか一
方に設けられた突起が、同他方に形成された孔に嵌め入
れられた状態で、固定部材が伝熱隔壁にろう付されてい
るものである。

作用 この発明の熱交換器によれば、燃焼胴の他端開口を塞
ぐ伝熱隔壁の外面に偏平管状冷媒通路部材がろう付され
ているとともに、内面に高温ガス流規制部材がろう付さ
れているので、ろう付にあたってこれらを固定するに
は、簡単な構造の治具を用いればよく、その数も少なく
て済む。また、伝熱隔壁内面および固定部材の伝熱隔壁
内面への密接部分のうちいずれか一方に設けられた突起
が、同他方に形成された孔に嵌め入れられるとともに、
固定部材における高温ガス流規制部材の左右側壁部内面
への密接部分を、高温ガス流規制部材の左右側壁部内面
に密接させた状態で、固定部材を伝熱隔壁にろう付すれ
ば、ろう付時の高温ガス流規制部材の位置決めを簡単に
行える。

さらに、この発明の熱交換器によれば、バーナの燃焼
排気ガスは、上下の高温ガス流規制部材間から上側の高
温ガス流規制部材内に入り、その内部を上方に流れる。
また、上下の高温ガス流規制部材間から下側の高温ガス
流規制部材内に入り、その内部を下方に流れる。高温の
燃焼排気ガスの有する熱は、伝熱隔壁および冷媒通路部
材の周壁を通って冷媒通路部材の冷媒通路内を流れる冷
媒に伝わり、この冷媒は、バーナの燃焼熱により加熱気
化せしめられる。このとき、固定部材のガス漏れ防止部
材により、上下の高温ガス流規制部材間からの左右両側
方へのガスの流出が防止される。

実 施 例 以下、この発明の実施例を、図面を参照して説明す
る。

第１図〜第４図において、熱交換器（１）は、両端が
開口した横向き筒状燃焼胴（２）と、燃焼胴（２）の後
端に取付けられかつ石油、ガス等を燃料とするバーナ
（Ｂ）と、燃焼胴（２）の前端開口を閉鎖するアルミニ
ウム製伝熱隔壁（３）と、伝熱隔壁（３）の内側に形成
されている高温ガス通路（４）と、伝熱隔壁（３）の外
面にろう付され、かつ内部に上下方向にのびる複数の冷
媒通路（６）を有するとともに、表面に亜鉛メッキ層
（７）が形成されているアルミニウム押出型材製偏平管
よりなる冷媒通路部材（５）とよりなる。

燃焼胴（２）は円筒部（2a）と、円筒部（2a）の前端
部に形成された拡開部（2b）とを備えており、円筒部
（2a）内が燃焼室（８）となされている。また、円筒部
（2a）の内周面は断熱材（21）で覆われている。拡開部
（2b）内に高温ガス通路（４）が設けられている。

伝熱隔壁（３）は、第４図に示すような芯材（3a）お
よび芯材（3a）の両面を覆うろう材製皮材（3b）からな
るブレージングシートで形成されている。ブレージング
シートの芯材（3a）は、亜鉛0.9〜1.4wt％、マンガン1.
0〜1.5wt％、クロム0.03〜0.12wt％を含み、残部アルミ
ニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で
形成されている。皮材（3b）は、ケイ素7.9〜9.5wt％、
鉄0.4〜0.5wt％、亜鉛0.5〜3wt％を含み、残部アルミニ
ウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう
材で形成されている。皮材（3b）中の亜鉛含有量は、0.
9〜1.4wt％の範囲内にあることが好ましい。伝熱隔壁
（３）の上端部には、排気管（９）が接続されている。

高温ガス通路（４）は、上下に所定間隔をおいて配置
された２つのアルミニウム押出型材製高温ガス流規制部
材（11）を備えている。各高温ガス流規制部材（11）
は、上下方向にのびる左右側壁部（11a）、左右側壁部
（11a）の後縁部どうしを連結する後壁部（11b）、およ
び左右側壁部（11a）の幅の中央部どうしを連結する中
間壁部（11c）を備えており、後壁部（11b）と中間壁部
（11c）との間、および中間壁部（11c）の前面にそれぞ
れこれらと直角をなすように、第１伝熱フィン（11d）
および第２伝熱フィン（11e）が一体に設けられ、隣り
合う両伝熱フィン（11d）（11e）間および左右両端の両
伝熱フィン（11d）（11e）と左右側壁部（11a）との間
の通路部分（13）に高温の燃焼排気ガスが流れるように
なっている。下側の高温ガス流規制部材（11）の隣り合
う伝熱フィン（11d）（11e）間のピッチは、上側の高温
ガス流規制部材（11）のそれよりも小さくされて、伝熱
フィン（11d）（11e）の数が多くなっており、伝熱面積
が大きくなるようにされていることが好ましい。上下の
高温ガス流規制部材（11）の左右側壁部（11a）どうし
の間には、後端が左右側壁部（11a）の後縁まで達して
おり、かつ両高温ガス流規制部材（11）間からの排気ガ
スの側方への流出を防止するガス漏れ防止部分（17）が
設けられている。各高温ガス流規制部材（11）は、その
第２伝熱フィン（11e）の先端が伝熱隔壁（３）にろう
付されるとともに、左右両側縁部において上下にのびる
固定部材（16）を介して伝熱隔壁（３）に固定されてお
り、後端部（11b）の後面に、円筒部（2a）の前端部周
縁が当接している。したがって、燃焼室（８）内で生じ
た高温の燃焼排気ガスは、上下の高温ガス流規制部材
（11）の間に形成された連通口（30）を通って高温ガス
通路（４）内に流入するようになっている。固定部材
（16）は、芯材（16a）および芯材（16a）の両面を覆う
ろう材製皮材（16b）からなるブレージングシートで形
成されている。ブレージングシートの芯材（16a）は、
銅0.05〜0.20wt％、マンガン1.0〜1.5wt％を含み、残部
アルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム
合金で形成されている。皮材（16b）は、ケイ素8.0〜1
0.0wt％、鉄0.2〜0.5wt％を含み、残部アルミニウムお
よび不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材で形
成されている。固定部材（16）は横断面略Ｌ字形で、伝
熱隔壁（３）の内面に密接する第１部分（14）と、この
第１部分（14）の互いに対向する縁部から後方に突出し
た第２部分（15）とより構成されている。第２部分（1
5）は、高温ガス流規制部材（11）の左右側壁部（11a）
の内面に密接せしめられている。左右側壁部（11a）の
前側縁部は第１部分（14）の厚さ分だけ切断されてお
り、第２伝熱フィン（11e）と伝熱隔壁（３）との間に
隔間が生じないようになっている。また、第１部分（1
4）および第２部分（15）に連なってガス漏れ防止部分
（17）が一体的に設けられている。第２部分（15）の上
下両端部には、後方突出部（15a）が一体的に設けられ
ており、この後方突出部（15a）が中間壁部（11c）の端
部に当たっている。また、第１部分（14）には、上下方
向に所定間隔をおいて複数の孔（18）が形成されてお
り、これらの孔（18）に、伝熱隔壁（３）に一体的に設
けられた突起（19）を嵌め入れた状態で伝熱隔壁（３）
にろう付されている。突起（19）は横断面略Ｌ字形で、
伝熱隔壁（３）にコ字形の切込みを入れ、この切込みに
囲まれた部分を後方に曲げかつ高温ガス流規制部材（1
1）側に曲げることにより形成されたものである。突起
（19）の後方屈曲部（19a）に、孔（18）の高温ガス流
規制部材（11）側の縁部が当接することにより、突起
（19）を形成するためにできた孔（20）が塞がれてい
る。

また、高温ガス通路（４）には、上側の高温ガス流規
制部材（11）の上方に存在し、かつ上側の高温ガス流規
制部材（11）の通路部分（13）の上端と排気管（９）と
を連通させる案内路（31）が設けられるとともに、下側
の高温ガス流規制部材（11）の下側および両高温ガス流
規制部材（11）の左右両側に存在し、かつ下側の高温ガ
ス流規制部材（11）の通路部分（13）の下端と排気管
（９）とを連通させる案内路（32）が設けられている。

冷媒通路部材（５）の上下両端部は、それぞれ前方に
水平に向くように曲げられており、その先端がヘッダ
（22）に接続されている。上記屈曲部を（5a）で示す。
下側のヘッダ（22）が入口側ヘッダであり、その左端部
に冷媒入口管（23）が接続されている。冷媒中にはコン
プレッサのオイルが常に溶存しており、冷媒を加熱気化
させると次第にこのオイルが溜まり、その粘性と低伝熱
性により冷媒の気化および循環を阻害するので、これを
防止する目的で入口側ヘッダ（22）の右端部にオイル抜
き管（24）が接続されている。上側のヘッダ（22）が出
口側ヘッダであり、その左端部に冷媒出口管（25）が接
続されている。両ヘッダ（22）の周壁には、それぞれ軸
線方向にのびる長孔（26）が形成されており、冷媒通路
部材（５）の屈曲部（5a）の先端がこの長孔（26）を通
ってヘッダ（22）内に挿入され、ヘッダ（22）の周壁に
ろう付されている。両ヘッダ（22）は、第３図に示すよ
うに、芯材（22a）の両面がろう材製皮材（22b）で覆わ
れたブレージングシート（22）の両側縁に、それぞれ相
互に重ね合わされる傾斜部（28）が形成され、傾斜部
（28）どうしが重なり合うようにブレージングシート
（22）が円筒状に成形されてヘッダ素材とされ、ヘッダ
素材の傾斜部（28）どうしがろう付されることにより形
成されたものである。傾斜部（28）どうしのろう付はヘ
ッダ（22）と冷媒通路部材（５）および他の部材のろう
付と同時に行われる。

このような構成において、バーナ（Ｂ）の燃焼ガス
は、上下の高温ガス流規制部材（11）間に形成された連
通口（30）を通って高温ガス通路（４）内に入り、上側
の高温ガス流規制部材（11）の通路部分（13）内を上方
に流れ、さらに案内路（31）を通って排気管（９）から
排出される。また、同じく下側の高温ガス流規制部材
（11）の通路部分（13）内を下方に流れ、さらに案内路
（32）を通って排気間（９）から排出される。排気ガス
の有する熱は、高温ガス通路（４）内を流れる間に、直
接または伝熱ファン（11d）（11e）を経て伝熱隔壁
（３）に伝わり、伝熱隔壁（３）および冷媒通路部材
（５）の周壁を通って冷媒通路部材（５）の冷媒通路
（６）内を流れる冷媒に伝わる。冷媒は、バーナ（Ｂ）
の燃焼熱により加熱気化せしめられ、その潜熱を利用し
て暖房が行われる。このとき、冷媒は、まず冷媒通路部
材（５）内の下部において加熱されて部分的に気化し、
気化した冷媒の作用によって冷媒通路（６）内を自然に
上昇し、全体が気化する。そして、下側の高温ガス流規
制部材（11）の隣り合う伝熱フィン（11d）（11e）間の
ピッチが、上側の高温ガス流規制部材（11）のそれより
も小さくされて、伝熱面積が大きくなっていると、下部
における冷媒への伝熱量が大きくなって上記自然上昇力
が大きくなる。

以下、熱交換器（１）を製造する方法について、第５
図〜第７図を参照して説明する。

予め、アルミニウムブレージングシート製伝熱隔壁
（３）、亜鉛メッキ層（７）を有する冷媒通路部材
（５）、高温ガス流規制部材（11）、アルミニウムブレ
ージングシート製固定部材（16）、アルミニウムブレー
ジングシートを円筒状に成形してなりかつ長孔（26）を
有するヘッダ素材（29）を用意しておく。伝熱隔壁
（３）には、突起（19）を形成しておく。また、固定部
材（16）には孔（18）を形成しておく。

そして、まず固定部材（16）の孔（18）に伝熱隔壁
（３）の突起（19）を通すことにより、固定部材（16）
を伝熱隔壁（３）に仮止めする。このとき、突起（19）
の後方屈曲部（19a）を固定部材（16）の孔（18）の高
温ガス流規制部材（11）側の縁に当接させて突起（19）
を形成するために伝熱隔壁（３）にできた孔（20）を塞
いでおく。ついで、左右側壁部（11a）が固定部材（1
6）の第２部分（15）の外面に密接するように、両高温
ガス流規制部材（11）を配置する。このとき、第２部分
（15）の上下両端部に一体的に設けられた後方突出部
（15a）が中間壁部（11c）の端部に当たるとともに、ガ
ス漏れ防止部分（17）が後壁部（11b）および中間壁部
（11c）に当たる。したがって、固定部材（16）によ
り、高温ガス流規制部材（11）の左右方向および上下方
向の位置決めがなされる。その後、伝熱隔壁（３）の反
対側の面に冷媒通路部材（５）を配置するとともに、ヘ
ッダ素材（29）の長孔（26）に屈曲部（5a）の先端を挿
入し、これらを図示しない適当な治具で固定する。そし
て、伝熱隔壁（３）と固定部材（16）、伝熱隔壁（３）
と高温ガス流規制部材（11）、固定部材（16）と高温ガ
ス流規制部材（11）、伝熱隔壁（３）と冷媒通路部材
（５）、ヘッダ素材（29）の傾斜部（28）どうし、およ
び冷媒通路部材（５）と長孔（26）の周縁部をそれぞれ
ろう付する。このろう付工程時の加熱によって、伝熱隔
壁（３）の皮材（3b）に含まれていた亜鉛が芯材（3a）
のアルミニウム中に拡散させられて、防食のための亜鉛
拡散層が形成される。また、冷媒通路部材（５）に形成
されていた亜鉛メッキ層（７）が冷媒通路部材（５）の
アルミニウム中に拡散させられて、防食のための亜鉛拡
散層が形成される。さらに、伝熱隔壁（３）を燃焼胴
（２）に固定することによって、熱交換器（１）が製造
される。

発明の効果 この発明の熱交換器によれば、その製造時には、伝熱
隔壁と偏平管状冷媒通路部材と高温ガス流規制部材とを
固定するために、構造が簡単なろう付治具を用いればよ
く、その数も少なくてすむので、作業が容易になる。ま
た、治具により上記部材が密着状態で固定されるので、
ろう付された伝熱隔壁と冷媒通路部材との間に隙間がで
きるのが防止されることとなり、冷媒通路部材に孔食が
発生し、フレオンなどの冷媒が漏れたとしても、これに
よって伝熱隔壁に孔食が発生することを防止できるの
で、フレオンと燃焼ガスとの反応による有毒ガスの発生
を防止できる。さらに、固定部材のガス漏れ防止部分に
より、上下の高温ガス流規制部材間からの左右両側方向
へのガスの流出が防止されるとともに、伝熱隔壁と冷媒
通路部材との間に隙間が存在せず両者間の熱伝達率が優
れているので、高温ガス通路内を流れる高温ガスと冷媒
との熱交換効率が優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明による熱交換器の実施例を示し、第１図
は一部切欠き斜視図、第２図は水平拡大断面図、第３図
はヘッダの拡大横断面図、第４図は第２図の部分拡大
図、第５図〜第７図は第１図に示す熱交換器の製造方法
を示し、第５図は伝熱隔壁、高温ガス流規制部材、およ
び固定部材の仮組前の配置状態を示す部分拡大斜視図、
第６図は伝熱隔壁、冷媒通路部材、高温ガス流規制部材
およびヘッダのろう付前の状態を示す図、第７図は同じ
くろう付後の状態を示す図、第８図は冷暖房装置を示す
概略図、第９図は従来例を示す斜視図である。 （１）……熱交換器、（２）……燃焼胴、（３）……伝
熱隔壁、（４）……高温ガス通路、（５）……偏平管状
冷媒通路部材、（６）……冷媒通路、（11）……高温ガ
ス流規制部材、（11a）……左右側壁部、（11b）……後
壁部、（14）……伝熱隔壁内面への密接部分、（15）…
…高温ガス流規制部材の左右側壁部内面への密接部分、
（16）……固定部材、（17）……ガス漏れ防止部分、
（18）……孔、（19）……突起、（Ｂ）……バーナ。

フロントページの続き (72)発明者 大橋 忠善 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和ア ルミニウム株式会社内 (72)発明者 門口 恒孝 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和ア ルミニウム株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F28D 1/00 - 13/00 F25B 41/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端にバーナが取付けられる筒状燃焼胴
   と、燃焼胴の他端開口を閉鎖するアルミニウム製伝熱隔
   壁と、伝熱隔壁の内側に形成されている高温ガス通路
   と、伝熱隔壁の外面にろう付され、かつ内部に複数の冷
   媒通路を有するアルミニウム製偏平管状冷媒通路部材と
   よりなり、高温ガス通路が、アルミニウムブレージング
   シート製固定部材を介して伝熱隔壁の内面にろう付さ
   れ、かつ左右側壁部と左右側壁部の後縁部どうしを一体
   的に連結する後壁部とを有する上下２つのアルミニウム
   押出型材製高温ガス流規制部材を備えており、固定部材
   が、伝熱隔壁内面への密接部分と、伝熱隔壁内面への密
   接部分に連なりかつ高温ガス流規制部材の左右側壁部内
   面に密接する部分と、伝熱隔壁内面への密接部分および
   左右側壁部内面への密接部分に連なりかつ後縁部が左右
   側壁の後縁部と合致するとともに、上下の高温ガス流規
   制部材間からの側方への排気ガスの流出を防止するガス
   漏れ防止部分とよりなり、伝熱隔壁内面および固定部材
   の伝熱隔壁内面への密接部分のうちいずれか一方に設け
   られた突起が、同他方に形成された孔に嵌め入れられた
   状態で、固定部材が伝熱隔壁にろう付されている熱交換
   器。