(57)【要約】【課題】拡管装置を長寿命に使用でき、生産性を向上させるフィンチューブ式熱交換器の製造方法及びフィンチューブ式熱交換器を備える燃焼装置を提供する。【解決手段】フィンチューブ式熱交換器(51)の製造方法は、伝熱フィン(2)の管貫挿孔(20)に貫挿させた伝熱管(21)内に拡管装置(100)を挿入し伝熱管(21)を拡管する拡管工程を含む。拡管工程は、拡管装置(100)を伝熱管(21)内の所定の拡径予定範囲(22)に停止させた状態で伝熱管(21)の管径方向に拡大させて拡径状態にして拡径予定範囲(22)を管貫挿孔(20)と密着するように拡管させる第１工程と、拡管装置(100)の管径方向への拡大を解除し縮径状態で拡管装置(100)を伝熱管(21)内の次の拡径予定範囲(22)へ移動させる第２工程とを有し、前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返し実行する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱フィンと、前記伝熱フィンに設けられた管貫挿孔に貫挿させたアルミニウム製又はステンレス製の伝熱管とを備えたフィンチューブ式熱交換器の製造方法であって、
前記管貫挿孔に貫挿させた伝熱管内に拡管装置を挿入して伝熱管を拡管する拡管工程を含み、
前記拡管工程は、
前記拡管装置を、伝熱管内の所定の拡径予定範囲に停止させた状態で伝熱管の管径方向に拡大させて拡径状態とすることで、前記拡径予定範囲を前記管貫挿孔に密着するように拡管させる第１工程と、
前記拡管装置の管径方向への拡大を解除した縮径状態で、前記拡管装置を当該伝熱管内の次の拡径予定範囲へ移動させる第２工程とを有し、
前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返し実行することを特徴とするフィンチューブ式熱交換器の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のフィンチューブ式熱交換器の製造方法において、
前記拡管装置は、
筒体を構成すると共に周方向に分割された複数の分割ヘッド部と、
伝熱管の管端から、伝熱管内の前記筒体の開放部内に押し込まれる芯棒と、
前記芯棒の軸線方向の押し込み力を前記分割ヘッド部の拡管方向への移動に変換する変換機構とを備え、
前記芯棒を押し込むと、複数の分割ヘッド部は拡管方向へ移動して前記筒体は拡径状態となり、芯棒を引き抜くと、複数の分割ヘッド部は縮径方向へ移動して前記筒体は縮径状態となるフィンチューブ式熱交換器の製造方法。
【請求項３】
伝熱フィンと、前記伝熱フィンに設けられた管貫挿孔に貫挿させるアルミニウム製又はステンレス製の伝熱管とを有するフィンチューブ式熱交換器を備えた燃焼装置であって、
前記管貫挿孔に貫挿させた伝熱管は、拡管装置を伝熱管内の所定の拡径予定範囲に停止させた状態で伝熱管の管径方向に拡大させて拡径状態とすることで、前記拡径予定範囲が前記管貫挿孔に密着するように拡管され、
前記拡管装置は、管径方向への拡大が解除された縮径状態で伝熱管内を次の拡径予定範囲へ移動可能とし、前記次の拡径予定範囲で停止させた状態で再度管径方向に拡大させて前記拡径状態とすることで、前記次の拡径予定範囲が前記管貫挿孔に密着するように拡管される構造を有するフィンチューブ式熱交換器を備える燃焼装置。
【請求項４】
請求項３に記載のフィンチューブ式熱交換器を備える燃焼装置において、
前記拡管装置は、
筒体を構成すると共に周方向に分割された複数の分割ヘッド部と、
伝熱管の管端から、伝熱管内の前記筒体の開放部内に押し込まれる芯棒と、
前記芯棒の軸線方向の押し込み力を前記分割ヘッド部の拡管方向への移動に変換する変換機構とを備え、
前記芯棒を押し込むことにより、複数の分割ヘッド部は拡管方向へ移動して前記筒体は拡径状態となり、芯棒を引き抜くことにより、複数の分割ヘッド部は縮径方向へ移動して前記筒体は縮径状態となるフィンチューブ式熱交換器を備える燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィンチューブ式熱交換器の製造方法及びフィンチューブ式熱交換器を備える燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯器に組み込まれる熱交換器として、図７に示すような薄板状の伝熱フィン(3)を所定の間隙をおいて多数並設させ、各伝熱フィン(3)に設けた管貫挿孔(30)に伝熱管(31)を貫挿させるフィンチューブ式熱交換器がある。伝熱フィン(3)の管貫挿孔(30)の周縁と伝熱管(31)の外周面とは熱効率を高めるために密着させることが望ましく、両者間に隙間が生じないように、伝熱管(31)を拡管させることが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、金属管の拡管方法が開示されている。この拡管方法は、図８に示すように、金属管(31)の内径よりも大径な球形の本体部(40)が軸部(41)の先端に設けられた拡管治具(4)を金属管(31)内に強制的に挿入して押し進めることにより外径を拡管させる方法である。拡管治具(4)の本体部(40)にはダイヤモンドライクカーボン処理が施され、潤滑油を添加して金属管(31)内に強制挿入する方法であり、この方法では、金属管(31)として銅管あるいはアルミニウム管を対象としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９３７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ステンレス製の伝熱管の場合では、拡管治具(4)の本体部(40)を伝熱管内に強制的に挿入させて押し込むと、潤滑油を使用してもダイヤモンドライクカーボン処理が早期に剥がれ、摩擦熱が多く発生して本体部(40)の表面にステンレスが凝着してしまう。この状態のまま拡管治具(4)を使用し続けると、伝熱管(31)内にキズを付けてしまう不都合がある上に、本体部(40)の押し込みに対する負荷が大きくなって軸部(41)が破損してしまうことがある。そのため、拡管治具(4)の交換頻度が高く、また、伝熱管(31)内の潤滑油の乾燥除去作業も必要となることから、熱交換器の生産性が非常に悪い上にコストも高くなり量産体制に適した工法とは言えなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、拡管装置を長寿命に使用することができ、生産性を向上することが可能なフィンチューブ式熱交換器の製造方法及びフィンチューブ式熱交換器を備える燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るフィンチューブ式熱交換器の製造方法は、
伝熱フィンと、前記伝熱フィンに設けられた管貫挿孔に貫挿させたアルミニウム製又はステンレス製の伝熱管とを備えたフィンチューブ式熱交換器の製造方法であって、
前記管貫挿孔に貫挿させた伝熱管内に拡管装置を挿入して伝熱管を拡管する拡管工程を含み、
前記拡管工程は、
前記拡管装置を、伝熱管内の所定の拡径予定範囲に停止させた状態で伝熱管の管径方向に拡大させて拡径状態とすることで、前記拡径予定範囲を前記管貫挿孔に密着するように拡管させる第１工程と、
前記拡管装置の管径方向への拡大を解除した縮径状態で、前記拡管装置を当該伝熱管内の次の拡径予定範囲へ移動させる第２工程とを有し、
前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返し実行する方法である。
【０００８】
この製造方法では、拡管装置は拡径状態のままで伝熱管内を移動させられることがない。すなわち、拡管装置の外周面が伝熱管の内周面に摺動することがないから、ステンレス製の伝熱管であっても、摩擦熱によりステンレスが拡管装置の表面に焼き付いて凝着することがない。よって、拡管装置を高頻度で交換する必要がない上に、潤滑油も必要としないから、潤滑油を乾燥除去する工程も費用も不要となる。
また、第１工程と第２工程を繰り返すことにより、伝熱管の略全長にわたって、その外周面を伝熱フィンの管貫挿孔に密着させることができ、伝熱管と伝熱フィンとのロウ付け率を上昇させることが出来るから、熱効率の高い熱交換器を製造することが出来る。
【０００９】
上記フィンチューブ式熱交換器の製造方法において、好ましくは、
前記拡管装置は、
筒体を構成すると共に周方向に分割された複数の分割ヘッド部と、
伝熱管の管端から、伝熱管内の前記筒体の開放部内に押し込まれる芯棒と、
前記芯棒の軸線方向の押し込み力を前記分割ヘッド部の拡管方向への移動に変換する変換機構とを備え、
前記芯棒を押し込むと、複数の分割ヘッド部は拡管方向へ移動して前記筒体は拡径状態となり、芯棒を引き抜くと、複数の分割ヘッド部は縮径方向へ移動して前記筒体は縮径状態となるものが使用される。
【００１０】
このものでは、複数の分割ヘッド部で構成される筒体の外径は、その開放部から押し込まれる芯棒の外径又は押込み量によって、筒体を構成する複数の分割ヘッド部の拡管方向への移動量が調整可能となる。これにより、伝熱管の拡管寸法を自由に調整することが出来る。また、分割ヘッド部の形状を変更することにより、各種の外形の伝熱管の拡管に対応可能となる。
【００１１】
また、本発明に係るフィンチューブ式熱交換器を備える燃焼装置は、
伝熱フィンと、前記伝熱フィンに設けられた管貫挿孔に貫挿させるアルミニウム製又はステンレス製の伝熱管とを有するフィンチューブ式熱交換器を備えた燃焼装置であって、
前記管貫挿孔に貫挿させた伝熱管は、拡管装置を伝熱管内の所定の拡径予定範囲に停止させた状態で伝熱管の管径方向に拡大させて拡径状態とすることで、前記拡径予定範囲が前記管貫挿孔に密着するように拡管され、
前記拡管装置は、管径方向への拡大が解除された縮径状態で伝熱管内を次の拡径予定範囲へ移動可能とし、前記次の拡径予定範囲で停止させた状態で再度管径方向に拡大させて前記拡径状態とすることで、前記次の拡径予定範囲が前記管貫挿孔に密着するように拡管される構造を有する。
【００１２】
また、上記フィンチューブ式熱交換器を備える燃焼装置において、
前記拡管装置は、
筒体を構成すると共に周方向に分割された複数の分割ヘッド部と、
伝熱管の管端から、伝熱管内の前記筒体の開放部内に押し込まれる芯棒と、
前記芯棒の軸線方向の押し込み力を前記分割ヘッド部の拡管方向への移動に変換する変換機構とを備え、
前記芯棒を押し込むことにより、複数の分割ヘッド部は拡管方向へ移動して前記筒体は拡径状態となり、芯棒を引き抜くことにより、複数の分割ヘッド部は縮径方向へ移動して前記筒体は縮径状態となるものが好ましい。
【００１３】
このものでは、伝熱管を、拡管装置によってその略全長にわたって拡径させて、伝熱フィンと伝熱管との密着性を向上させることにより、確実に、伝熱管を伝熱フィンの管貫挿孔にロウ付け固定できる。従って、ロウ付け率が上がることから、熱効率の高い熱交換器を備えた燃焼装置を提供することが出来る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のフィンチューブ式熱交換器の製造方法によれば、拡管装置を、伝熱管内の次の拡径予定範囲まで、摺動させずに移動させることが出来るから、伝熱管と拡管装置との間に摩擦熱が発生することはなく、ステンレス製の伝熱管であっても、拡管装置の表面にステンレスが凝着することはない。よって、拡管装置を高頻度で交換する必要がなく、拡管装置の長寿命化を図ることが出来る。また、拡管装置は潤滑油なしで伝熱管内を移動させることが出来るから、コストを抑えることが出来る上に、潤滑油を乾燥除去する工程も不要となり、生産性が向上する。
本発明のフィンチューブ式熱交換器を備える燃焼装置によれば、伝熱フィンと伝熱管との密着性を向上させることにより、ロウ付け率を高めることが出来るので、熱効率の高い熱交換器を備えた燃焼装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】熱交換器の斜視図である。
【図２】図１に示した熱交換器を備えた給湯器の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る伝熱管の拡管方法に採用する拡管装置の縮径状態の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る伝熱管の拡管方法に採用する拡管装置の縮径状態の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る伝熱管の拡管方法に採用する拡管装置の拡径状態の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る伝熱管の拡管方法に採用する拡管装置の拡径状態の断面図である。
【図７】従来の伝熱フィンと伝熱管との説明図である。
【図８】従来の拡管装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記した本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳述する。
図１に示す熱交換器(51)は、ケース体(5)の対向する前後の側壁(501)(502)間に、吸熱用の薄肉板状の伝熱フィン(2)を、両側壁(501)(502)に平行に多数並列させている。
なお、本明細書では、前側壁(501)の外側面を熱交換器(51)の正面とし、ケース体(5)を正面側から見たときの奥行き方向を前後方向、幅方向を左右方向、高さ方向を上下方向という。
【００１７】
この種の熱交換器(51)は、例えば、図２の模式図に示すような燃焼装置に相当する給湯器に使用される。この給湯器では、上部域に下向きの燃焼面(33a)を有するバーナ(33)が備えられた器体(53)と、これに連通し且つモータ(M)の駆動により空気と燃料ガスの混合気を器体(53)内のバーナ(33)に送り込むファン(34a)が備えられたファンケース(34)とが、ケーシング(55)内に設けられている。
【００１８】
熱交換器(51)は、器体(53)の中間部に設置された顕熱回収型の熱交換器であり、下方の熱交換器(52)は、潜熱回収型の熱交換器である。この給湯器では、下方の熱交換器(52)の上流側に連なる給水管(38)からの水を熱交換器(52)にて、バーナ(33)からの燃焼排ガスの潜熱で加熱した後、上方の熱交換器(51)にて、燃焼排ガスの顕熱で加熱し、熱交換器(51)の下流側に連なる出湯管(39)から、所定の設定温度に加熱された温水が出湯される構成となっている。
なお、図１に示すケース体(5)は、器体(53)の一部を構成しており、下向きバーナ(33)の燃焼面(33a)によって、その上方から加熱され、燃焼排ガスはケース体(5)の上から下へ流れる構成となっている。
【００１９】
伝熱管(21)は、縦長楕円形状の断面を有するステンレス管であり、ケース体(5)内の略下半域の空間に、上下二段で且つ上段側と下段側とで中心相互が左右方向に半ピッチ偏心させた所謂千鳥状に並設されている。また、伝熱管(21)は、前後の側壁(501)(502)を貫通しており、外方に突出した伝熱管(21)の端縁を二つずつ囲むように、ケース体(5)の前後の側壁(501)(502)にそれぞれ、カバー部(5a)が固定されている。これにより、伝熱管(21)に通水される流体は、カバー部(5a)を介して、蛇行しながら流れて行く。
【００２０】
伝熱フィン(2)は、ステンレス製の薄肉金属板からなり、伝熱管(21)を貫挿させるための管貫挿孔(20)が、伝熱管(21)の配置と同様、上下二段で且つ中心相互が下段側と上段側とで左右方向に半ピッチ偏心させた千鳥状に、バーリング加工によって開設されている。
【００２１】
管貫挿孔(20)は、伝熱管(21)の組み付け上、伝熱管(21)が略接触状態に貫挿可能な大きさの縦長楕円形状に形成されるが、ロウ付け率及び熱効率の向上のために、管貫挿孔(20)の内周縁と伝熱管(21)の外周面とは密着させることが望ましい。そこで、伝熱管(21)内に拡管装置(100)を挿入させて伝熱管(21)の径を拡管させる。
【００２２】
拡管装置(100)は、図３に示すように、伝熱管(21)内に収容可能な楕円筒部(11)の両端に小径円筒部(10)を延設させた筒体(1)と、各小径円筒部(10)の開放部(10a)(10b)から筒体(1)内にそれぞれ押し込まれる一対の芯棒(12)(13)とからなる。楕円筒部(11)の外形は、伝熱管(21)の楕円形状と略一致している。
なお、図に示す伝熱フィン(2)は、便宜上、管貫挿孔(20)が１つ形成された矩形板とする。
【００２３】
筒体(1)は、筒体(1)の周方向に４つに分割された分割ヘッド部(1a)(1b)(1c)(1d)からなり、これら分割ヘッド部(1a)〜(1d)を相互にほぼ隙間が生じないように結束させると共に、この結束状態が保持されるように、小径円筒部(10)の基端部に、結束部材としてのＯリング(14)を装着させる。なお、結束部材としては、Ｏリングに限らず、バネ等の弾性体でもよい。この状態が、筒体(1)の縮径状態であり、図３に示すように、その外径は、伝熱管(21)の内径よりやや小さく構成されており、伝熱管(21)内を摺動させずに移動させることが出来る。
【００２４】
芯棒(12)(13)の先端は、断面円形の先細のテーパ軸部(12a)(13a)となっていると共に、筒体(1)の両側には、両開放部(10a)(10b)に向かって拡径する断面円形のテーパ面部(15a)(15b)が形成されている。両テーパ面部(15a)(15b)は、図４に示すように、筒体(1)の中央部に形成され且つテーパ面部(15a)(15b)の最小径部よりも大径の空間部(16)を介して連通している。
一方の芯棒(13)のテーパ軸部(13a)の先端には、同図に示すように、テーパ面部(15b)の最小径部より大径で且つ空間部(16)よりも小径な頭部(130)を有する係止部材(13b)を突出させている。この頭部(130)が筒体(1)の空間部(16)内に位置し且つテーパ面部(15b)内にテーパ軸部(13a)が隙間を介して位置するように、芯棒(13)と分割ヘッド部(1a)〜(1d)を組み合わせ、Ｏリング(14)で結束させる。
【００２５】
第１工程として、伝熱フィン(2)の管貫挿孔(20)に組み付けた伝熱管(21)に対して、一方の開放部(10b)から芯棒(13)が突出し且つ縮径状態にある筒体(1)を、伝熱管(21)の所定の拡径予定範囲(22)にセットし、停止させた状態にて、筒体(1)の他方の開放部(10a)から、芯棒(12)の先端のテーパ軸部(12a)を筒体(1)のテーパ面部(15a)内に押し込む。テーパ軸部(12a)を筒体(1)のテーパ面部(15a)内に押し込んでいくにつれて、筒体(1)が押されて、テーパ軸部(13a)もテーパ面部(15b)内に強制的に押し込まれていく。これにより、筒体(1)のテーパ面部(15a)(15b)は、芯棒(12)(13)のテーパ軸部(12a)(13a)によって、半径方向に押圧される。この押込み力がＯリング(14)の弾性復帰力に抗して、分割ヘッド部(1a)〜(1d)を半径方向に離反する方向へ移動させる力に変換される。これにより、分割ヘッド部(1a)〜(1d)間に、図５に示すような隙間(S)が形成され、筒体(1)の外径が均等に拡径される。この状態が筒体(1)の拡径状態であり、伝熱管(21)の拡管予定範囲(22)を拡径させることが出来る。
上記第１工程において、筒体(1)の両側の開放部(10a)(10b)に、それぞれ芯棒(12)(13)が押し込まれていくので、筒体(1)は拡径時に拡管予定範囲(22)からの位置ズレを抑制することが出来る。
【００２６】
上記第１工程終了後、次の第２工程において、芯棒(12)(13)を筒体(1)から引き抜き方向に移動させる。すると、芯棒(12)(13)のテーパ軸部(12a)(13a)による筒体(1)の半径方向への押圧力が解除され、筒体(1)は、Ｏリング(14)の弾性復帰力によって、図３、図４の縮径状態に戻る。このとき、芯棒(12)は、開放部(10a)から外方へ引き抜かれるが、芯棒(13)は、テーパ軸部(13a)の先端に突出させた係止部材(13b)の頭部(130)が、テーパ面部(15b)と空間部(16)との境界部分に引っ掛かるため、芯棒(13)は開放部(10b)から引き抜かれない。この状態で、芯棒(13)を引き抜き方向（図４の矢印の方向）に引くことにより、筒体(1)は、縮径状態に保持されたまま、頭部(130)に引っ張られて、伝熱管(21)内における次の拡径予定範囲(22)へ移動させることが出来る。
次の拡径予定範囲(22)に停止させた状態で、再度、上記第１工程を行う。次の拡径予定範囲(22)は、通常、第１工程で拡管した範囲に隣接した未拡管の範囲である。
このように、上記した第１工程と第２工程を交互に繰り返し行うことにより、伝熱管(21)は順に拡径させていくことが出来、伝熱管(21)の外周面を伝熱フィン(2)の管貫挿孔(20)に密着させることが出来る。
【００２７】
この製造方法によれば、拡管装置(100)は、筒体(1)を縮径状態にして伝熱管(21)内を移動させることが出来るから、筒体(1)が伝熱管(21)内を摺動することによる摩擦熱で、ステンレス製の伝熱管(21)の内周面のステンレスが、筒体(1)の外表面に凝着することがない。よって、拡管装置(100)の筒体(1)を度々交換する必要がなく、拡管装置(100)の長期の使用が可能となる。また、伝熱管(21)内を移動させる際に潤滑油も必要ないから、生産コストが安価となると共に、潤滑油が不要となることで、それを乾燥除去させる工程も不要となり、熱交換器(51)の生産性が向上する。
【００２８】
上記拡管装置(100)を用いることにより、伝熱管(21)の大きさ形状を伝熱フィン(2)の管貫挿孔(20)に隙間を生じさせることなく密着させることが出来るので、伝熱管(21)と管貫挿孔(20)との間のロウ付け率を向上させることが出来ると共に、これら密着性の高い伝熱管(21)と伝熱フィン(2)とを熱交換器(51)に採用することにより、熱効率に優れた熱交換器(51)を提供することが出来る。そして、上記熱交換器(51)を組み込むことにより、熱効率の高い燃焼装置としての給湯器を提供することができる。
【００２９】
また、拡管装置(100)の筒体(1)は、複数の分割ヘッド部(1a)〜(1d)で形成するので、円形ではなく楕円形の伝熱管(21)でも均等に拡管することができる点で有利である。
なお、上記実施の形態の拡管装置(100)の筒体(1)の外形は、伝熱管(21)の断面形状に合わせて縦長楕円形状としたが、分割ヘッド部(1a)〜(1d)の形状を変更することにより、円形はもちろん、種々の断面形状を有する伝熱管に対応させることが出来る。
また、芯棒(12)(13)の先端及び筒体(1)の両開放部(10a)(10b)に、それぞれテーパ軸部(12a)(13a)及びテーパ面部(15a)(15b)が形成されているから、芯棒(12)(13)のテーパ面部(15a)(15b)への押込み量によって、拡径度合いを種々変更することが出来る。よって、伝熱管(21)と伝熱フィン(2)の密着性を向上することができる。
【００３０】
また、上記実施の形態では、筒体(1)の両側方の開放部(10a)(10b)に芯棒(12)(13)の先端のテーパ軸部(12a)(13a)を差し込む構成としたが、図示しないが、筒体(1)の一方端をストッパ―等で仮固定しておき、他方側から芯棒を押し込んで拡径させる構成としても良い。
また、テーパ軸部(12a)(13a)及びテーパ面部(15a)(15b)は、断面円形を有するものを採用したが、この形状は、適宜選択可能である。
なお、筒体(1)は縮径状態で伝熱管(21)内を移動させることが出来るから、拡管予定範囲(22)を自由に設定することが出来る上に、芯棒(13)を軸線方向に沿って移動させることにより、伝熱管(21)内における筒体(1)の位置ズレを容易に修正することが出来る。
【００３１】
なお、熱交換器(51)は、上記したような給湯器の他、コンデンシング給湯器、貯湯式給湯システムの熱源機、風呂追焚機能を有する給湯器、給湯機能のみ有する給湯器、給湯暖房用熱源機、温水暖房機など各種の燃焼装置に組み込まれる熱交換器に適用できる。
【符号の説明】
【００３２】
(100)・・拡管装置
(20) ・・管貫挿孔
(21) ・・伝熱管
(22) ・・拡管予定範囲
(51)・・熱交換器
【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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【図７】
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【図８】
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