(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱ガスが通過する交換器ハウジングの内空間に、複数の熱交換フィンを配設し、これら熱交換フィンを貫通するように水管を設けた熱交換器において、前記ハウジングと前記熱交換フィンとの間に、前記ハウジングに当接される防振体を取り付け、高熱ガスを熱交換フィンに向けて送るためのファンが交換器ハウジングに設けられ、防振体は、ファンによる風を中央側に案内する案内面を有し、熱交換フィンの左右側辺には、前記案内面に沿って傾斜する肩部が形成されており、前記案内面が、熱交換フィンの肩部に当接されており、防振体が、板材をくさび形状に折り曲げ成形することにより構成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
防振体が、熱交換フィンと交換器ハウジングとの接合部の近傍でハウジングに圧接されている請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
高熱ガスが通過する交換器ハウジングの内空間に、複数の熱交換フィンを配設し、これら熱交換フィンを貫通するように水管を設けた熱交換器において、前記ハウジングと前記熱交換フィンとの間に、前記ハウジングに当接される防振体を取り付け、高熱ガスを熱交換フィンに向けて送るためのファンが交換器ハウジングに設けられ、防振体は、ファンによる風を中央側に案内する案内面を有し、熱交換フィンの左右側辺には、前記案内面に沿って傾斜する肩部が形成されており、前記案内面が、熱交換フィンの肩部に当接されており、前記肩部には直角方向の折れ曲がり縁（２１）が設けられており、前記熱交換フィンの左右の側辺の下部は、交換器ハウジングの内面に沿う側縁部とされており、前記側縁部には折れ曲がり縁（８）が設けられており、前記折れ曲がり縁（２１）は、折れ曲がり縁（８）と連続しており、前記側縁部とハウジングの間には隙間が形成されており、前記隙間に防振体が圧入されており、前記防振体が、板材をくさび形状に折り曲げ成形することにより構成されていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、瞬間式給湯器等に用いられる熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、給湯機においては、例えば発明協会公開技報第９６−２５４５号に開示されているような熱交換器が備えられている。この熱交換器では、交換器ハウジングの内部空間に複数枚の熱交換フィンが整列配置され、各熱交換フィンはハウジングの内面にロウ付けにより接合されている。また、これら複数の熱交換フィンを貫通するように水管が設けられ、ハウジング内には熱源となるバーナが内蔵されており、このバーナからの高温の燃焼排ガスが熱交換フィンの間を通過する際に熱交換フィン側に熱交換され、これによって水管内の水等が加熱させられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の熱交換器では、ハウジングに共振現象が生じるなどにより、騒音が生じることがある。
上記従来の熱交換器においては、熱交換フィンとハウジングの間に断熱板を挿入しているが、発明者らの実験によれば、この断熱板では共振現象を低減する効果は確認できなかった。
そこで、本発明は、構造の簡素化を図りつつもハウジングの共振現象を確実に低減し得る熱交換器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、次の技術的手段を講じた。
即ち、請求項１の発明は、高熱ガスが通過する交換器ハウジングの内空間に、複数の熱交換フィンを配設し、これら熱交換フィンを貫通するように水管を設けた熱交換器において、前記ハウジングと前記熱交換フィンとの間に、前記ハウジングに当接される防振体を取り付け、高熱ガスを熱交換フィンに向けて送るためのファンが交換器ハウジングに設けられ、防振体は、ファンによる風を中央側に案内する案内面を有し、熱交換フィンの左右側辺には、前記案内面に沿って傾斜する肩部が形成されており、前記案内面が、熱交換フィンの肩部に当接されており、防振体が、板材をくさび形状に折り曲げ成形することにより構成されていることを特徴としている。
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、防振体が、熱交換フィンと交換器ハウジングとの接合部の近傍でハウジングに圧接されるようにした。
かかる熱交換器では、ハウジングに防振体が圧接されることによりハウジングの剛性が向上し、種々の原因により生じるハウジングの振動が抑制されて、騒音が低減させられる。
【０００５】
高熱ガスが熱交換フィンを通過する際に各フィンに生ずる低周波振動が、接合部を介してハウジングに伝達されて発生するこれら低周波振動による共振現象や、熱源の燃焼騒音が各フィンを介してハウジングに伝達されて発生する共振現象は、熱交換フィンが接合された部分の近傍で生じやすい。熱交換フィンが接合された部分ではフィンによりハウジングの剛性が増すが、接合部分の上方や下方の剛性が確保されていない部分で共振が生じてしまうからである。
したがって、防振体の接触面を、熱交換フィンと交換器ハウジングとの接合部の近傍でハウジングに圧接させれば、上記のような共振現象を効果的に抑制し、騒音を低減することが可能となる。
【０００６】
上記熱交換器において、高熱ガスを熱交換フィンに向けて送るためのファンが交換器ハウジングに設けられたものでは、熱源で発生した高熱ガスは熱交換フィンに送られて通過するが、熱量分布が中央側で大きくなって、熱交換フィンの中央部が過加熱されることがある。これを放置すると、フィンの左右側部と中央部との間に温度差が生じて、熱応力によりひずみが生じ、各部の亀裂が生じるおそれがあるとともに、そのひずみに起因して騒音が発生する可能性があるが、上記防振体を、ファンによる風を中央側に案内する案内面を有するものとすれば、中央側に集中する熱量分布を緩和して、熱交換フィンの中央部の過加熱を防止することができる。なお、熱源が熱交換フィンの上方や側方に設けられていても、熱交換フィンに温度差が生ずる場合は、上記と同様に燃焼排ガスを案内する案内面を防振体に備えることにより、温度差が生ずることを防止することができる。
【０００７】
請求項３の発明では、高熱ガスが通過する交換器ハウジングの内空間に、複数の熱交換フィンを配設し、これら熱交換フィンを貫通するように水管を設けた熱交換器において、前記ハウジングと前記熱交換フィンとの間に、前記ハウジングに当接される防振体を取り付け、高熱ガスを熱交換フィンに向けて送るためのファンが交換器ハウジングに設けられ、防振体は、ファンによる風を中央側に案内する案内面を有し、熱交換フィンの左右側辺には、前記案内面に沿って傾斜する肩部が形成されており、前記案内面が、熱交換フィンの肩部に当接されており、前記肩部には直角方向の折れ曲がり縁（２１）が設けられており、前記熱交換フィンの左右の側辺の下部は、交換器ハウジングの内面に沿う側縁部とされており、前記側縁部には折れ曲がり縁（８）が設けられており、前記折れ曲がり縁（２１）は、折れ曲がり縁（８）と連続しており、前記側縁部とハウジングの間には隙間が形成されており、前記隙間に防振体が圧入されており、前記防振体が、板材をくさび形状に折り曲げ成形することにより構成されるようにした。
熱交換フィンの左右側辺の上部に、前記案内面に沿って傾斜する肩部を形成し、前記案内面を、熱交換フィンの肩部に当接させれば、防振体の取付けが安定化するとともに、ハウジングの振動が生ずる部分により確実に防振体を圧接することができ、構造の簡素化を図りつつも熱交換効率の向上と騒音低減とが図られる。
【０００８】
上記案内面は、二以上の熱交換フィンにわたって連続して形成することが好ましく、かかる構成によれば、複数の熱交換フィンの肩部に案内面が当接されることとなって、より確実にフィンの中央部の過加熱を防止し得るとともに、より一層の防振体の取付安定性の向上が図られる。
上記のように互いに傾斜する接触面と案内面とを有する防振体は、板材をくさび形状に折り曲げ成形することにより構成すれば、防振体の製造コスト低減、製造の容易化が図られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３に示す本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器１は、缶状に構成された胴板２（熱交換器ハウジング）を備えている。この胴板２の内空間には、板状の熱交換フィン３が多数枚、整列された状態で配置され、これら多数の熱交換フィン３群を貫通して水管４が設けられている。かかる構造は、水管４に多数枚のフィン３を一定間隔で取付けて一体化したものを、胴板２の内空間に配置し、胴板２の内面と接触する各フィン３の左右の縁をロウ付けにより接合し、さらに、胴板２を貫通する水管４を貫通位置等で胴板２にロウ付け接合することにより構成できる。
【００１０】
胴板２の内部空間の下方には熱源となるバーナ５が配設され、バーナ５の燃焼によって発生した高温の燃焼排ガスは、胴板２の下端に設けられた送風ファン（図示せず）により強制的に上方に送られ、この燃焼排ガスが熱交換フィン３の間を下方から上方に通過する際に熱交換フィン３側に熱交換され、これによって水管４内を流れる水等が加熱される。
【００１１】
各熱交換フィン３には、水管４が取付けられる多数の貫通孔６が形成されている。フィン３の左右の側辺の下部は、胴板２の内面に沿う側縁部７とされ、図示実施例では側縁部７は鉛直方向に真っ直ぐに形成されている。このフィン３の側縁部７には直角方向の折れ曲がり縁８が設けられており、この折れ曲がり縁８が胴板２の内面の上下方向中途部にロウ付けにより接合されている。該折れ曲がり縁８は、上記側縁部７よりも上下方向幅が幅狭となされており、側縁部７の上端部と胴板２との間に隙間９が形成されている。
【００１２】
フィン３の左右側辺の上部には、上方にしたがってフィン中央側に傾斜する肩部１０が形成されている。この肩部１０の傾斜は、後述する防振体の案内面に沿うように構成されている。
【００１３】
上記フィン３の折れ曲がり縁８が胴板２に接合された部位の下方近傍には、胴板２の外周に胴コイル２０が配設されている。該胴コイル２０は胴板２の外周面に当接されており、この部分における胴板２の剛性が向上されることとなり、振動が抑制され、騒音の発生が防止される。
【００１４】
上記胴板２と熱交換フィン３との間には、フィン３の折れ曲がり縁８が接合される部分の近傍において胴板２に圧接される接触面１１と、フィン３の肩部１０に当接される当接面１２とを有する防振体１３が取り付けられている。
【００１５】
この防振体１３は、長方形状の板材を、上記接触面１１と当接面１２とによりくさびが構成されるように折り曲げ成形することにより構成されている。接触面１１を構成する板片１４の先端部は、当接面１２を構成する板片１５の先端よりも延出されており、この板片１４の先端部が、上記した熱交換フィン３の側縁部７と胴板２との隙間９に差し込まれて、防振体１３が取付固定されている。好ましくは、防振体１３を、熱交換フィン３と胴板２との間に上方から圧入することにより取付けることで、防振体１３のガタツキの防止を図るとともに、接触面１１がより強く胴板２に圧接されることとなって、胴板２の一層の騒音低減を図ることができる。
【００１６】
上記防振体１３は、図３に示すように、複数の熱交換フィン３に跨がる長尺状とされており、これにより当接面１２が二以上の熱交換フィン３にわたって連続形成されることとなる。なお、すべてのフィン３に跨がる必要はなく、共振現象が生じるときに最も振幅が大きくなる部分、例えば、胴板２の幅方向中央部に接触面１１を当接させることにより、効率的に騒音の低減を図ることができる。
【００１７】
本実施の形態に係る熱交換器１では、熱交換フィン３の折れ曲がり縁８と胴板２との接合部の近傍のうち、下方側においては胴コイル２０によって胴板２の振動が抑制される。一方、胴板２の上端部は、防振体１３が取付けられていなければ構造力学的には自由端となるため、種々の要因により胴板２の上端部に共振現象が生じ、騒音が発生してしまうことがある。なお、胴板２に共振現象が生じて騒音を発生させる原因としては、バーナ５の燃焼騒音や、高熱ガスの気流がフィン３群を通過することにより生じる各熱交換フィン３の低周波振動が、各フィン３から胴板２に伝達されて共振が生じることが考えられる。
【００１８】
しかし、本実施形態によれば、くさび状の防振体１３を、フィン３の肩部１０と胴板２の内面との間に圧入することにより、胴板２の上端部の剛性を向上して共振現象の発生を抑制するとともに、共振ポイントをずらすことができ、簡単な構造でありながら効率的に騒音の低減を図ることができる。
【００１９】
この防振体１３による騒音低減効果を検証するため、本願発明者らが行なった熱交換器胴板部周波数応答関数測定結果を図４に示す。本実施形態の熱交換器における結果は実線で示されており、発明協会公開技報第９６−２５４５号に開示された断熱板付き熱交換器における結果が点線で示されている。図示の通り、本発明によれば、胴板共振範囲において防振体を有することにより大幅に騒音が低減されることを実証できた。
【００２０】
また、防振体１３の当接面１２は、フィン３の肩部１０に沿う傾斜面であるため、この当接面１２が、交換器ハウジングに設けられたファンによる風をフィン３の左右幅方向中央側へ強制的に案内する案内面として作用し、フィン３の中央部の過加熱を防止することができる。さらに、かかる案内面１２は複数のフィン３にわたって連続形成されているので、より確実にフィン３中央部の過加熱の防止を図ることができる。
【００２１】
さらに、挿入された防振体１３が、フィン３側方の高温の燃焼排ガスの流れから胴板２を遮蔽することとなって、胴板２への断熱効果を奏することもできる。
【００２２】
図５は本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器を示し、上記第１実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略するとともに、異なる構成、作用効果について説明する。
本実施形態の熱交換器では、フィン３の肩部１０に直角方向の折れ曲がり縁２１が設けられている。この折れ曲がり縁２１は、図示例では肩部１０の下部にのみ形成しているが、肩部１０の上下方向全長にわたって形成してもよい。
【００２３】
この肩部１０の折れ曲がり縁２１は、側縁部７の折れ曲がり縁８と連続して形成されて、途中で途切れないように構成されている。
本実施形態に係る熱交換器によれば、防振体１３の当接面１２の先端部（下端部）とフィン３との当接面積が大きくなるため、防振体１３の取付安定性が一層向上されるとともに、側縁部７の折れ曲がり縁８と胴板２内面とのロウ付けを容易かつ確実に行なうことができる。即ち、ロウ付け作業に際しては、胴板２の内空間に配置された熱交換フィン３群と胴板２の内面とが接触する直ぐ上に構成される隙間に対して棒状のロウ材を配置する。ここで、側縁部７の折れ曲がり縁８と肩部１０の折れ曲がり縁２１とが連続するので、ロウ材が多少、反っていたり、曲がっていたりしても、そのロウ材が折れ曲がり縁８，２１の内側に入り込んでしまうことが防止されるとともに、溶融したロウが内側へ流れてしまうことを防止でき、ロウ付け不良の発生を防止することができる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、適宜設計変更できる。例えば、防振体は鋼板や耐熱性樹脂板を折り曲げ成形することにより構成でき、また、断面くさび形の中実状のゴムにより構成することもできる。
また、上記実施の形態では、防振体１３を熱交換フィン３と胴板２との間に圧入することにより取付固定したが、防振体１３を熱交換フィン３にロウ付け等により接合してもよく、また、防振体１３を胴板２内面にロウ付け等により接合してもよい。
【００２５】
また、防振体１３を取付ける位置は、胴板２に振動が発生する部分であればよく、かかる位置が限定されるものではない。例えば、図６に示すように、胴板２の下方側の剛性が低い場合には、フィン３の下部と胴板２との隙間に防振体１３を挿入することにより、胴板２下部の振動を抑制し、騒音の低減を図ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、ハウジングと熱交換フィンとの間に、ハウジングに当接される防振体を取り付けたので、ハウジングに振動が生じることを防振体により抑制することができ、騒音を効果的に低減することができる。
【００２７】
また、防振体を、熱交換フィンと交換器ハウジングとの接合部の近傍でハウジングに圧接させることにより、複数の熱交換フィンを介してハウジングに伝達される振動により生ずる共振現象を効果的に抑制することができ、かかる共振現象による騒音の発生を防止することができる。
【００２８】
また、高熱ガスを熱交換フィンに向けて送るためのファンが交換器ハウジングに設けられたものにおいて、防振体は、ファンによる風を中央側に案内する案内面を有し、熱交換フィンの左右側辺に、前記案内面に沿って傾斜する肩部を形成し、前記案内面を、熱交換フィンの肩部に当接させれば、案内面の作用によって熱交換フィンの中央部の過加熱を防止し、これに起因する騒音発生を防止できるとともに、防振体の取付安定性の向上と、ハウジングの剛性の確実な向上を図ることができる。
【００２９】
また、防振体を、板材をくさび形状に折り曲げ成形することにより構成すれば、ハウジングに圧接される接触面と案内面とを有する防振体の製造コストの低減、製造の容易化を図ることができる。
【００３０】
防振体を、熱交換フィンとハウジングとの間に上方から圧入することにより取付けることで、防振体のガタツキの防止を図るとともに、接触面がより強くハウジングに圧接されることとなって、ハウジングの一層の騒音低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の縦断面図である。
【図２】  同熱交換器の要部拡大縦断面図である。
【図３】  くさび状の防振体を挿入する工程を示す要部拡大斜視図である。
【図４】  同熱交換器の胴板部における周波数放蕩関数測定結果を示すグラフである。
【図５】  本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器の要部拡大縦断面図である。
【図６】  本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器の要部拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１  熱交換器
２  交換器ハウジング
３  熱交換フィン
４  水管
１０  肩部
１２  案内面
１３  防振体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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