JP2000274831A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 給湯機器を高温度域から低温度域までの広い
温度領域において高い耐腐食性を有する熱交換器を提供
する。 【解決手段】 筒状の缶体１１に通水管１４が挿通され
た吸熱フィン１３を配設し、缶体１１に導かれた燃焼ガ
スをこの吸熱フィン１３に導くことによって通水管１４
の中を流れる水を加熱し、得られた湯温水を機外に供給
するようにした給湯機器１の熱交換器６において、この
熱交換器６の通水管１４または吸熱フィン１３等の銅材
に、ニッケルめっき銅板を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、給湯や暖房機器な
どに湯温水を供給する給湯機器の熱交換器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の給湯機器は、機器内に組込まれる
熱交換器が、両端を開放された缶体とその一端に収容さ
れた吸熱フィンとこの吸熱フィンを貫通する通水管から
構成されており、吸熱フィンや通水管の素材である銅や
銅合金の表面には、鉛もしくは鉛に少量の錫を添加した
合金の溶融めっきが施され、これらの通水管によって給
湯機器の通水回路が構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の給湯機器においては、熱交換器の耐腐食性
等の問題から、熱交換効率を上げて、小型で高効率の給
湯機器を得ることができなかった。これは、給湯機器が
頻繁に点火と消火を繰り返し、且つ、熱交換器が高温度
域から、低温度域にわたる広い温度範囲にわたって燃焼
ガスにさらされるからである。給湯機器の点火時など、
機器内の熱交換器が暖まっていないところにガスバーナ
からの燃焼ガスが流れると、暖まっていない通水管や熱
交換器の吸熱フィンに当たった燃焼ガス中の水蒸気は結
露して水滴になると同時に、燃焼ガス中に含まれている
ＳＯｘ（硫黄酸化物）やＮＯｘ（窒素酸化物）が結露水
に溶け込んで酸性の強い水溶液となって通水管や熱交換
器のフィン等を腐食する。このような強酸液による金属
腐食対策の一つとして鉛の熔融めっきが使用されている
が、鉛の熔融めっきは、鉛成分を自然界に分散させるお
それがあり、環境面を考慮すれば、できる限り使用しな
いのが好ましいものでもある。

【０００４】また、給湯機器を高温域で使用するとき
は、銅の熱交換器の表面に形成してある鉛めっき層が高
温度の燃焼ガスによって部分的に熔融され、銅地金が露
出した部分では、銅材が高温腐食を起こす。このような
銅の高温腐食による酸化スケールは、給湯機器が給湯を
止めて低温になったり、給湯を開始したりする度ごと
に、冷却と加熱の熱的なサイクルとこれに伴う熱膨張と
収縮の機械的なサイクルにさらされて、徐々に酸化スケ
ールが銅地金から剥離されていく。しかし、酸化スケー
ルが剥離して露出された新しい銅地金も、再び高温腐食
を生じるので、熱交換器や通水管の銅材は、酸化スケー
ルの生成と剥離を繰り返して、急激に板圧を減少させる
ものであった。

【０００５】本発明は、このような課題を解消するもの
であり、給湯機器を高温度域から低温度域までの広い温
度領域において高い耐腐食性を有する熱交換器を提供す
ることを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
筒状の缶体に通水管が挿通された吸熱フィンを配設し、
缶体に導かれた燃焼ガスをこの吸熱フィンに導くことに
よって通水管の中を流れる水を加熱し、得られた湯温水
を機外に供給するようにした給湯機器の熱交換器におい
て、この熱交換器の通水管または吸熱フィン等の銅材
に、ニッケルめっき銅板を用いた熱交換器である。

【０００７】請求項２記載の発明は、筒状の缶体に通水
管が挿通された吸熱フィンを配設し、缶体に導かれた燃
焼ガスをこの吸熱フィンに導くことによって通水管の中
を流れる水を加熱し、得られた湯温水を機外に供給する
ようにした給湯機器の熱交換器において、この熱交換器
の通水管及び吸熱フィンに銅材を用い、且つ、少なくと
も吸熱フィンにはニッケルめっきを施した銅板を用いて
いる熱交換器である。

【０００８】請求項３記載の発明は、筒状の缶体に通水
管が挿通された吸熱フィンを配設し、缶体に導かれた燃
焼ガスをこの吸熱フィンに導くことによって通水管の中
を流れる水を加熱し、得られた湯温水を機外に供給する
ようにした給湯機器の熱交換器において、この熱交換器
の通水管または吸熱フィン等の銅材に、ニッケルめっき
を施している熱交換器である。

【０００９】この発明では、通水管又は吸熱フィン等の
銅材は加熱されて銅ニッケル合金層が形成されるので、
銅酸化皮膜等の剥離に対する耐性が高く、熱交換器の耐
熱温度を上げることができ、これにより小型で熱交換効
率の良い給湯機器を提供することができる。また、本発
明の熱交換器のように熱交換器を構成する通水管や吸熱
フィンにニッケルめっきを施した銅材を使用すれば、耐
強酸腐食に対する耐性もますので、従来のような鉛の熔
融めっきも必要度が低くなり、環境を汚染する懸念も少
なくなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。

【００１１】図１は、本発明の熱交換器６が適用される
給湯機器を示している。この給湯機器１は、着脱自在な
前パネル２を有する外装ケース３の中に燃焼装置４と送
風機５と熱交換器６と排気筒７を備えた構成である。前
パネル２の下方には、空気吸込口８が形成され、この空
気吸込口８から送風機５に燃焼用空気を供給する一方、
上方には燃焼ガスの排気口９が形成されている。

【００１２】燃焼装置４は、燃焼室１０を形成する缶体
１１の下方にガスバーナや石油気化式バーナ等の燃焼機
１２を取り付けた構造であり、燃焼機１２は送風機５か
ら供給される空気を燃料ガス等の燃料に混合して燃焼さ
せ、燃焼排ガスの熱エネルギを吸熱フィン１３で回収さ
せて通水管１４中を流れる水に伝達させた後、排気筒７
から機外に排出する。

【００１３】通水管１４の上流は、燃焼室１０を巻回し
た水管１７を経て給水管１８につながり、かつ、通水管
１４の下流は熱交換器６で加熱された湯温水を機外に供
給する出湯管１９が接続されて機外の床暖房パネルやフ
ァンコンベクター等の温水暖房機器に湯温水を供給する
ようになっている。

【００１４】給湯機器１は、給湯機器１から機外に湯温
水が供給されるごとに、給水管１８から水が補給され、
補給された水は燃焼室１０を巻回した水管１７で予熱さ
れた後、熱交換器６の通水管１４に流入するように、給
水管１８から出湯管１９迄の通水管が接続されている。

【００１５】熱交換器６は、図１及び図２に示すよう
に、燃焼装置４で燃焼した全ての燃焼ガスと熱交換でき
るように、燃焼室１０を形成する缶体１１の上部１６を
僅か絞って形成された筒状の缶体１１の内部に通水管１
４が挿通された吸熱フィン１３を配設した構造を有して
おり、吸熱フィン１３に挿通された通水管１４は相互に
Ｕベンド２０で接続され、これを排気ガスの流れ方向に
段積みにして、連続した１本の通水路を形成するように
接続されている。

【００１６】吸熱フィン１３とこの吸熱フィン１３に挿
通された通水管１４とは、図３に示すように、吸熱フィ
ン１３のフランジ２１付きの孔２２に圧入され、通水管
１４の表面と吸熱フィン１３のフランジ２１とは、図４
に拡大して示すように、機械的に強固な圧接状態で全面
接触されている。

【００１７】これにより、吸熱フィン１３が燃焼排ガス
から回収した熱を効率良く通水管１４に伝導し、通水管
１４を流れる水を加熱するように構成されている。ま
た、これにより、通水管１４は管の外表面をほぼ完全に
吸熱フィンのフランジ２１で覆われるので、熱交換器６
を製造するときに、少なくとも吸熱フィン１３にニッケ
ルめっきの施された銅材を使用すれば、ニッケルめっき
の合金層は、通水管１４の外表面全体に広がり、所期の
耐食性と銅酸化皮膜等の剥離に対する耐性を備えさせる
ことができる。

【００１８】この実施形態では、熱交換器６の通水管１
４と吸熱フィン１３等の銅材にニッケルめっきを施した
銅板を使用、又は、このような熱交換器６の組立て後に
ニッケルめっきを施したものである。銅材にニッケルめ
っきを施すことで、表面にニッケル層が形成されて強酸
に対する耐性を向上させることができ、その下部には銅
ニッケル合金層ができ、耐熱温度も向上するので、燃焼
排ガス中に存在する硫黄分を生因とする強酸腐食や銅材
が高温に曝されることによって生じる高温酸化から銅母
材を保護することができる。

【００１９】また、銅ニッケル合金層は母材である銅材
との剥離に対する耐性が増し、銅材を熱交換器６のフィ
ンや通水管１４に使用している際中に銅材の表面に生成
される銅酸化皮膜等は剥離し難くなり、酸化物の生成と
剥離とが繰り返されることによって生じる母材の減少を
抑制することができる。

【００２０】給湯機器１に使用される熱交換器６を構成
する吸熱フィン１３とこれに挿通された通水管１４とは
湯温水を機外に供給するごとに点火と消火を繰り返し、
点火時には、燃焼室１０から熱交換器６の缶体１１に導
かれてきた燃焼ガスに曝されて、２５０度ないし３００
度（摂氏温度）に加熱され高温腐食を生じる。また、給
湯機器１の燃焼機に使用される燃料に硫黄分が僅かでも
含まれているときは、燃焼ガスに硫化物が混じり、この
硫化物が冷えた熱交換器６の吸熱フィン１３や通水管１
４で凝縮した水蒸気に溶けて硫酸となったり、或いは、
燃焼ガス中の窒素酸化物が同様に溶け込んで硝酸液とな
るなど、給湯機器が実際に使用される状況によっては、
熱交換器６が高温腐食や強酸腐食を受けることは避け難
い。

【００２１】給湯機器の熱交換器６の吸熱フィン１３の
厚さは、約０．３ｍｍ程度なので、このような腐食と酸
化スケールの剥離が繰り返し発生すると、簡単に穴明き
を生じて給湯機器１としての機能を失うおそれがある。

【００２２】しかし、熱交換器６を構成する吸熱フィン
１３、通水管１４やこれらを収容する缶体１１にニッケ
ルめっきを施した銅板を使用する時は、銅の素材の表面
に形成される銅ニッケル合金層によって高温腐食や強酸
腐食に対する耐性が強化され、吸熱フィン１３や通水管
１４の銅素材を保護することができるのみならず、熱交
換器６を構成する銅材の表面に生成された酸化銅皮膜の
剥離も抑制するので、吸熱フィン１３や通水管１４等の
穴明き等の不具合の発生を抑え、小型で高効率の給湯機
器の熱交換器６を得ることができる。

【００２３】なお、この発明は、熱交換器を構成する部
材の高温腐食や強酸腐食を完全に無くすものではなく、
その耐腐食性を大幅に改善したものであるので、従来か
らある鉛の熔融めっき処理を完全に払拭できるものでは
ない。使用条件が過酷な給湯機器においてはそのような
熔融めっき処理も併用せざるを得ない場合もある。しか
し、通常に使用される多くの給湯機器においては、環境
汚染の懸念のある鉛の熔融めっき処理や複雑な防食加工
を施した素材を用いなくとも、給湯機器に必要な耐久性
を具備でき、鉛成分の分散を従来より大幅に減じること
ができるものである。

【００２４】また、この発明の説明は、ガスを燃料とす
る給湯機器を中心に説明をしたが、灯油を燃料とする給
湯機器の熱交換器としても同様に使用できるものであ
る。

【００２５】

【発明の効果】この発明では、熱交換器を構成する吸熱
フィンまたは通水管の銅材にニッケルめっきを施した銅
板を用いたので、熱交換器を構成する部材の表面に生成
される銅ニッケル合金層によって、銅の母材の表面にで
きる酸化銅等の皮膜の剥離に対する耐性を高めて、銅材
の穴明き等の発生を遅らせ、高温度域から低温度域まで
の広い温度領域において高い耐腐食性を有し、小型で熱
交換効率の良い給湯機器を実現する熱交換器を提供する
ことができる。

【００２６】また、このような銅ニッケル合金層によっ
て、吸熱フィンや通水管を形成する銅の素材の耐熱温度
を高め、高温腐食や強酸腐食による銅素材の耐久性を増
大することにより、鉛の熔融めっきの使用を極力減ら
し、安定した性能の給湯機器の熱交換器を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換器が使用される給湯機器の構造
の一例を示す縦断面図である。

【図２】第１図に示す熱交換器の平断面図である。

【図３】熱交換器を構成する通水管部分の断面図であ
る。

【図４】熱交換器と吸熱フィンとの関係を示す拡大断面
図である。

【符号の説明】

１ 給湯機器 ２ 前パネル ３ 外装ケース ４ 燃焼装置 ６ 熱交換器 １０ 燃焼室 １１ 缶体 １２ 燃焼機 １３ 吸熱フィン １４ 通水管 ２１ 吸熱フィンのフランジ ２２ 吸熱フィンの孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の缶体に通水管が挿通された吸熱フ
   ィンを配設し、缶体に導かれた燃焼ガスをこの吸熱フィ
   ンに導くことによって通水管の中を流れる水を加熱し、
   得られた湯温水を機外に供給するようにした給湯機器の
   熱交換器において、この熱交換器の通水管または吸熱フ
   ィン等の銅材に、ニッケルめっき銅板を用いていること
   を特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 筒状の缶体に通水管が挿通された吸熱フ
   ィンを配設し、缶体に導かれた燃焼ガスをこの吸熱フィ
   ンに導くことによって通水管の中を流れる水を加熱し、
   得られた湯温水を機外に供給するようにした給湯機器の
   熱交換器において、この熱交換器の通水管及び吸熱フィ
   ンに銅材を用い、且つ、少なくとも吸熱フィンにはニッ
   ケルめっきを施した銅板を用いていることを特徴とする
   熱交換器。
3. 【請求項３】 筒状の缶体に通水管が挿通された吸熱フ
   ィンを配設し、缶体に導かれた燃焼ガスをこの吸熱フィ
   ンに導くことによって通水管の中を流れる水を加熱し、
   得られた湯温水を機外に供給するようにした給湯機器の
   熱交換器において、この熱交換器の通水管または吸熱フ
   ィン等の銅材に、ニッケルめっきを施していることを特
   徴とする熱交換器。