(57)【要約】      （修正有）【課題】フィンチューブ式熱交換器のチューブやフィンを銅材料で構成する場合は腐食し易いため、耐蝕性のコーティング層を形成するにしても、フィンの外周のエッジ部にはコーティング層が形成されにくく腐食の起点となるため耐蝕性を確保するのが困難である。【解決手段】チューブ（３）に伝熱させる為の複数の銅製のフィン（４）を備えた熱交換器において、フィン（４）の表面に耐蝕性のコーティング層（９）が形成され、フィン（４）の外周部の少なくとも一部の端部近傍部に複数の小孔（８）が間隔を空けて形成され、各小孔（８）にコーティング層（９）に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層（１０）が形成され、フィン（４）の外周端から腐食が始まって小孔（４）に達すると閉塞層（１０）で腐食の進行が遮断され、閉塞層（１０）のアンカーリング機能により小孔（４）の付近のコーティング層（９）の膨れや剥離が抑制される。【選択図】  図５
2008025953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブに伝熱させる為の複数の銅製のフィンを備えた熱交換器において、
前記フィンの表面に耐蝕性のコーティング層が形成され、フィンの外周部の少なくとも一部の端部近傍部に複数の小孔が間隔を空けて形成され、各小孔にコーティング層に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層が形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記フィンの表面のコーティング層の表面と前記閉塞層の表面が、平滑な面で連なっていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記小孔が長孔に形成され、前記熱交換器をコーティング材に浸漬してフィンにコーティング層を形成する際に小孔の長辺方向が略水平方向に向くように前記小孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記フィンの外周部の全周に亙る端部近傍部に複数の小孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の熱交換器。
【請求項５】
前記複数の小孔は、フィンの外周端と平行な２列の千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記フィンの外周部の端部近傍部よりも内側の部位にも複数の小孔が分散状に形成され、これらの小孔の各々にもコーティング層に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記コーティング層は、フィンの表面に形成されたプライマー層とこのプライマー層の表面に形成されたフッ素樹脂コーティング層を含むことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関し、特に伝熱用の銅製のフィンに形成するコーティング層、フィン、熱交換器の耐久性を向上させ得るように構成したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯器には、燃焼ガスから顕熱回収用の主熱交換器と、主熱交換器を出た燃焼排ガスから顕熱と潜熱を回収する副熱交換器が設けられている。燃焼排ガスは、硫黄（Ｓ）や窒素（Ｎ）を含む腐食性ガスであり、副熱交換器において潜熱回収により結露したドレンには硫酸や硝酸など腐食性物質が含まれている。
【０００３】
副熱交換器としては、１又は複数のチューブとこのチューブに伝熱可能に固定された複数のフィンからなるフィンチューブ式熱交換器が採用され、チューブやフィンをステンレス材料で構成したもの、チューブやフィンを銅材料で構成したものが採用されている。
【０００４】
特許文献１に記載の触媒燃焼加熱装置に設けられた触媒担持熱交換器においては、偏平なチューブに波形に屈曲させた触媒担持フィンの複数の屈曲部が接合され、これら屈曲部の近傍位置に複数の小さな矩形穴が形成され、これら複数の矩形穴により触媒担持フィンからチューブへの伝熱面積を小さくして触媒担持フィンの温度低下を防止する構成が採用されている。
【０００５】
特許文献２に記載の潜熱回収型熱交換器においては、銅製のチューブに複数の銅製の複数のフィンが外嵌して接合され、チューブとフィンの全表面にニッケルクロムメッキ層が形成され、このニッケルクロムメッキ層の表面にエポキシ樹脂コーティング層が形成され、メッキ層とコーティング層とで耐蝕性を高めてある。
【特許文献１】特開平８−１５２２８６号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱交換器のチューブとフィンをステンレス材料で構成する場合には、銅材料で構成する場合よりも熱伝導性が低いため、熱交換器が大型化すること、製作費を低減するのが容易ではないことなどの問題がある。そこで、チューブとフィンを銅材料で構成すれば、熱交換器の小型化を図ることができるものの、腐食性のドレンによりチューブとフィンが腐食しやすくなり、熱交換器の耐久性を確保するのが難しい。
【０００７】
そこで、特許文献２のように、ニッケルクロムメッキ層とエボキシ樹脂コーティング層を形成すれば、耐蝕性を確保できるものの、製作コストが非常に高価になり、メッキ廃液の処理も面倒である。そこで、ニッケルクロムメッキ層を省略し、エポキシ系やフッ素樹脂系の合成樹脂コーティング層のみを形成することが考えられる。
【０００８】
しかし、合成樹脂コーティング層のみを形成する場合、フィンの端部（エッジ部）に塗膜（コーティング層）形成されにくく、或いは非常に薄い塗膜しか形成されないため、そのエッジ部から腐食が始まり、その腐食部が起点となって銅製のフィンの表面から塗膜の剥離が進行する。しかも、銅材料は、有機系塗膜との密着性が悪いため腐食の進行も速くなる。塗膜の剥離によりフィンの基材の露出と溶解が発生し、腐食がチューブまで伝搬して最終的にはチューブからの漏水に至ることになる。
【０００９】
本発明の目的は、銅製のフィンを採用した熱交換器に耐蝕性のコーティング層を形成する場合に、エッジ部からの塗膜の剥離と腐食の進行を抑制して、コーティング層の耐久性を高め、熱交換器の耐蝕性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の熱交換器は、チューブに伝熱させる為の複数の銅製のフィンを備えた熱交換器において、前記フィンの表面に耐蝕性のコーティング層が形成され、フィンの外周部の少なくとも一部の端部近傍部に複数の小孔が間隔を空けて形成され、各小孔にコーティング層に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
この熱交換器においては、銅製のフィンの表面に耐蝕性のコーティング層が形成されているため、このコーティング層によりフィンの腐食が防止されるが、フィンの外周部の端部（エッジ部）にはコーティング層が形成されず、或いは極く膜厚の小さなコーティング層しか形成されないため、その端部から腐食が始まる虞がある。しかし、フィンの外周部の少なくとも一部の端部近傍部に複数の小孔が間隔を空けて形成され、各小孔にコーティング層に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層が形成されているため、腐食が小孔まで進行したとしても、小孔に形成されたコーティング材からなる閉塞層は腐食しないため、閉塞層により腐食の進行が遮断されるから、腐食の伝搬が停止する。
尤も、小孔と小孔の間には閉塞層がないので腐食が進行する虞があるが、小孔の閉塞層によりコーティング層がアンカーリングされているため、閉塞層の付近のコーティング層の剥離が抑制されるから、腐食の進行と伝搬が抑制される。
【００１２】
請求項２の熱交換器は、請求項１の発明において、前記フィンの表面のコーティング層の表面と前記閉塞層の表面が、平滑な面で連なっていることを特徴としている。
請求項３の熱交換器は、請求項１又は２の発明において、前記小孔が長孔に形成され、前記熱交換器をコーティング材に浸漬してフィンにコーティング層を形成する際に小孔の長辺方向が略水平方向に向くように前記小孔が形成されていることを特徴とている。
【００１３】
請求項４の熱交換器は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記フィンの外周部の全周に亙る端部近傍部に複数の小孔が形成されていることを特徴としている。
請求項５の熱交換器は、請求項４の発明において、前記複数の小孔は、フィンの外周端と平行な２列の千鳥状に配置されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６の熱交換器は、請求項１〜５の何れかの発明において、前記フィンの外周部の端部近傍部よりも内側の部位にも複数の小孔が分散状に形成され、これらの小孔の各々にもコーティング層に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層が形成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項７の熱交換器は、請求項１〜６の何れかの発明において、前記コーティング層は、フィンの表面に形成されたプライマー層とこのプライマー層の表面に形成されたフッ素樹脂コーティング層を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、銅製のフィンの外周部の少なくとも一部の端部近傍部に複数の小孔が間隔を空けて形成され、各小孔にコーティング層に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層が形成されたので、フィンの端部から腐食が始まって小孔に達すると、小孔の閉塞層により腐食の進行が遮断され、腐食の伝搬が停止する。しかも、小孔と小孔の間のコーティング層も、小孔に形成された閉塞層のアンカーリング機能により剥離が抑制される。従って、銅製フィンの外周側部分の腐食を抑制し、フィンの耐蝕性を格段に高めることができ、コーティング層、フィン、熱交換器の耐久性を高めることができる。しかも、コーティング層の形成前に、フィンの外周部の端部近傍部の少なくとも一部に複数の小孔を形成するだけで達成できるから、製作コスト面で有利である。
【００１７】
請求項２の発明によれば、前記フィンの表面のコーティング層の表面と前記閉塞層の表面が平滑な面で連なっているため、小孔の周縁部の部位のコーティング層が薄くなることもなく、小孔の閉塞層により腐食の進行を遮断する効果を確保することができる。
請求項３の発明によれば、前記小孔が長孔に形成され、前記熱交換器をコーティング材に浸漬してフィンにコーティング層を形成する際に小孔の長辺方向が略水平方向に向くように前記小孔が形成されているため、フィンにコーティング層を形成する際に、コーティング材が小孔に均一に滞留し易く、小孔の全体を埋めるような閉塞層を形成することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、前記フィンの外周部の全周に亙る端部近傍部に複数の小孔が形成されているため、フィンの外周部の全周に亙って腐食の伝搬を抑制し、フィンの耐蝕性を高めることができる。
請求項５の発明によれば、前記複数の小孔は、フィンの外周端と平行な２列の千鳥状に配置されているため、仮に外側の１列目の小孔と小孔の間から内側へ腐食が進行したとしても、２列目の小孔に形成された閉塞層により腐食の進行が遮断されるため、フィンの耐蝕性を一層高めることができる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、前記フィンの外周部の端部近傍部よりも内側の部位にも複数の小孔が分散状に形成され、これらの小孔の各々にもコーティング層に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層が形成されている。燃焼排ガス中には、コーティング層を透過する腐食性ガスや腐食性物質も含まれていて、それらがコーティング層を透過してコーティング層の膨れ、剥離が始まることになるが、フィンの外周部の端部近傍部よりも内側の部位にも小孔と閉塞層が分散状に形成されるため、閉塞層のアンカーリング機能によりコーティング層の膨れや剥離が抑制され、フィンの外周部の端部近傍部によりも内側の部位の耐蝕性を格段に向上させることができる。
【００２０】
請求項７の発明によれば、前記コーティング層は、フィンの表面に形成されたプライマー層とこのプライマー層の表面に形成されたフッ素樹脂コーティング層を含んでいる。フッ素樹脂コーティング層は銅材料との密着性が弱いので、銅材料との密着性が高いプライマー層をフィンの表面に形成し、その表面にフッ素樹脂コーティング層を形成することにより、銅製のフィンとコーティング層との密着性を高めることができ、コーティング層およびフィンの耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る熱交換器は、銅製のフィンの表面に耐蝕性のコーティング層を形成し、フィンの外周部の端部近傍部に複数の小孔を間隔を空けて形成し、各小孔にコーティング層に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層を形成したものである。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例について図１〜図７に基づいて説明する。
図１に示す熱交換器１は、給湯器において主熱交換器で燃焼ガスから顕熱回収後に、燃焼排ガスから顕熱と潜熱を回収する為の副熱交換器である。
【００２３】
図１〜図５に示すように、熱交換器１は、ケース２と、銅製の例えば６本のチューブ３と、銅製の複数（例えば１３枚）のフィン４と、入口ヘッダー５と、出口ヘッダー６などを有する。図１の背面図に示すように、ケース２の背面には、顕熱及び潜熱回収後の排ガスを外部へ排出する為の排ガス出口７が形成され、ケース２の前面には主熱交換器から出た燃焼排ガスをケース２内へ導入する為のガス導入口（図示略）が形成されている。
【００２４】
入口ヘッダー５の一端部に水導入ポート５ａが形成され、入口ヘッダー５の内部通路５ｂが６本のチューブ３の入口側端部３ａに接続されている。出口ヘッダー６の一端部に温水出口ポート（図示略）が形成され、出口ヘッダー６の内部通路６ａが６本のチューブ３の出口側端部３ｂに接続されている。図２はケース２を取り外した本体組立体１Ａを示し、この本体組立体１Ａから判るように、各チューブ３は、３つのＵ形屈曲部により蛇行形状に形成され、各チューブ３が複数のフィン４を貫通して複数のフィン４にロウ付けされている。
【００２５】
複数のフィン４は、小間隔おきに平行に配設され、燃焼排ガスから吸収した熱をチューブ３に伝達し、チューブ３内を流れる水又は温水が温められる。各フィン４は例えば厚さ０．３ｍｍの銅板で構成されている。
【００２６】
図４〜図７に示すように、複数のフィン４の各々において、各フィン４の外周部４ａの全周に亙る端部近傍部（フィン４の外周端４ｂの近傍部）に複数の小孔８が間隔を空けて１列状に形成され、それら小孔８の形成後に、各フィン４の表面に耐蝕性のコーティング層９が形成され、各小孔８にコーティング層９に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層１０が形成されている。フィン４の表面のコーティング層９の表面と閉塞層１０の表面が平滑な面で連なっている。
【００２７】
小孔８の孔径は例えば２．０ｍｍであり、小孔８の中心間距離は例えば４．０ｍｍであり、フィン４の外周端４ｂから小孔８の中心までの距離は例えば３．０〜４．０ｍｍである。但し、小孔８の形状は円形に限定されず、長円形、楕円形、矩形、三角形などの形状でもよい。小孔８の孔径も２．０ｍｍに限定されず、２．０ｍｍよりも小さくてもよく、大きくてもよい。小孔８の中心間距離も、４．０ｍｍに限定されず、小孔８と小孔８との間に例えば２．０〜３．０ｍｍ程度の間隔が空くような種々の値に設定してもよい。
【００２８】
上記のコーティング層９は、フィン４の表面に形成されたエポキシ樹脂系塗料あるいはシリコーン樹脂系塗料からなるプライマー層９ａであって銅材料との密着性に優れるプライマー層９ａと、このプライマー層９ａの表面に形成された四フッ化エチレン樹脂からなる耐蝕性に優れるフッ素樹脂コーティング層９ｂとからなる。コーティング層９を形成する場合、最初にエポキシ樹脂系塗料あるいはシリコーン樹脂系塗料のコーティング材をスプレイ塗布後乾燥させてプライマー層９ａを形成し、その塗膜乾燥後に、本体組立体１Ａをフッ素樹脂コーティング材に２回浸漬（dipping ）することによりフッ素樹脂コーティング層９ｂを形成する。
【００２９】
図７は図６のVII −VII 線拡大断面図であり、フィン４の表面にプライマー層９ａ（例えば、膜厚５〜１０μｍ）が形成され、このプライマー層９ａの表面にフッ素樹脂コーティング層９ｂ（例えば、膜厚８０〜１３０μｍ）が形成されている。フッ素樹脂コーティング層９ｂの形成の際、１回目の浸漬により膜厚２０〜４５μｍのフッ素樹脂コーティング層を形成し、２回目の浸漬により膜厚６０〜８５μｍのフッ素樹脂コーティング層を形成する。各小孔８内には、コーティング層９に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層１０が形成されている。閉塞層１０は、プライマー層９ａに連なる第１閉塞層１０ａと、フッ素樹脂コーティング層９ｂに連なる第２閉塞層１０ｂとからなる。
【００３０】
次に、以上説明した熱交換器１の作用、効果について説明する。
フィン４の端部のコーティング層９の薄い個所１１（図７参照）から腐食が始まって小孔８に達すると、小孔８の閉塞層１０は腐食しないので、この閉塞層１０により腐食の進行が遮断され、腐食の伝搬が停止する。しかも、小孔８と小孔８の間のコーティング層９も、小孔８に形成された閉塞層１０のアンカーリング機能により剥離が抑制される。従って、銅製フィン４の外周側部分の腐食を抑制し、コーティング層９、フィン４、熱交換器１の耐久性を高めることができる。しかも、コーティング層９の形成前に、フィン４の外周部４ａの全周に亙る端部近傍部に複数の小孔８を形成するだけで達成できるから、製作コスト面で有利である。
【００３１】
フィン４の表面のコーティング層９の表面と閉塞層１０の表面が平滑な面で連なっているため、小孔８の周縁部のコーティング層９が薄くなることもなく、小孔８の閉塞層１０により腐食の進行を遮断する効果を確保することができる。フィン４の外周部４ａの全周に亙る端部近傍部に複数の小孔８が形成されているため、フィン４の外周部の全周における腐食を抑制し、フィン４の耐蝕性を高めることができる。
【００３２】
銅材料との密着性が高いプライマー層９ａをフィン４の表面に形成し、その表面にフッ素樹脂コーティング層９ｂを形成するため、銅製のフィン４とコーティング層９との密着性を高めることができ、非常に簡単な構成でもって、コーティング層９、フィン４、熱交換器１の耐久性を高めることができる。
【実施例２】
【００３３】
次に、上記の実施例１を部分的に変更した実施例２について説明するが、前記実施例１と同様の構成に同一符号を付し、主として異なる構成について説明する。
図８に示すように、フィン４Ａの外周部の全周の端部近傍部において、複数の小孔８は、フィン４Ａの外周端４ｂと平行な２列の千鳥状に配置されている。そのため、外側の１列目の小孔８と小孔８の間から内側（外周端４ｂからフィン４Ａの中央部の方へ向かう側）へ腐食が進行したとしても、２列目の小孔８に形成された閉塞層１０により腐食の進行が遮断されるため、フィン４Ａの耐蝕性を一層高めることができる。
【実施例３】
【００３４】
次に、上記の実施例１を部分的に変更した実施例３について説明するが、前記実施例１と同様の構成に同一符号を付し、主として異なる構成について図９に基づいて説明する。  この熱交換器１の本体組立体１Ａの場合、プライマー層９ａの形成の際、スプレー塗布ではなく浸漬によりプライマー層９ａが形成される。フィン４Ｂに形成される小孔８Ａが長孔に形成される。この長孔は例えば長さ４．０〜６．０ｍｍ、幅２．０〜３．０ｍｍのものである。
【００３５】
本体組立体１Ａを矢印１２の方へ下降させてコーティング材に浸漬してフィン４Ｂにコーティング層９ａ，９ｂを形成する際に小孔８Ａの長辺方向が略水平方向を向くように小孔８Ａが形成されている。そのため、フィン４Ｂにコーティング層９ａ，９ｂを形成する際に、コーティング材が小孔８Ａに均一に滞留し易く、小孔８Ａの全体を埋めるような閉塞層１０を形成することができる。尚、小孔として、形状の異なる小孔を組み合わせて形成してもよく、小孔を１列に配置する構成と小孔を２列に配置する構成とを組み合わせて用いてもよい。
【実施例４】
【００３６】
次に、上記の実施例１を部分的に変更した実施例４について説明するが、実施例１と同様の構成に同一符号を付し、主として異なる構成について説明する。
図１０に示すように、フィン４Ｃの外周部の端部近傍部よりも内側（フィン４Ｃの外周端４ｂからフィン４Ｃの中央の方へ向かう側）の部位であって、チューブ列とチューブ列との間の３つの帯状部位にも複数の小孔８Ｂが分散状に間隔を空けて形成され、これらの小孔８Ｂの各々にもコーティング層９に連なるコーティング材を充填してなる閉塞層（図示略）が形成されている
【００３７】
燃焼排ガス中には、コーティング層９を透過する腐食性ガスや腐食性物質も含まれていて、それらがコーティング層９を透過してコーティング層９の膨れや剥離を引き起こすことになるが、フィン４Ｃの外周部の端部近傍部よりも内側の部位にも小孔と閉塞層が分散状に形成されるため、閉塞層のアンカーリング機能によりコーティング層９の膨れや剥離が抑制され、フィン４Ｃの外周部の端部近傍部よりも内側の部位の耐蝕性を格段に向上させることができる。
【００３８】
ここで、前記実施例では、コーティング層９をプライマー層９ａとフッ素樹脂コーティング層９ｂとで形成する場合を例にして説明したが、プライマー層９ａを省略し、フィン４，４Ａ〜４Ｃの表面の粗さを増すような表面処理を施してからフッ素樹脂コーティング層９ｂを形成してもよい。また、フッ素樹脂コーティング層９ｂは、耐蝕性のコーティング層の一例であり、エポキシ樹脂コーティング層やその他の合成樹脂コーティング層などを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１に係る熱交換器の背面図である。
【図２】熱交換器からケースを取り外した本体組立体の背面図である。
【図３】図１のIII 矢視図である。
【図４】図２のIV矢視図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図５の要部拡大図である。
【図７】図６のVII −VII 線拡大断面図である。
【図８】実施例２に係る図６相当図である。
【図９】実施例３に係る図６相当図である。
【図１０】実施例４に係る図５相当図である。
【符号の説明】
【００４０】
１        熱交換器  
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ      フィン
８，８Ａ，８Ｂ      小孔
９        コーティング層
９ａ      プライマー層
９ｂ      フッ素樹脂コーティング層
１０      閉塞層
【図１】
2008025953.tif 000003
【図２】
2008025953.tif 000004
【図３】
2008025953.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008025953.tif 000007
【図６】
2008025953.tif 000008
【図７】
2008025953.tif 000009
【図８】
2008025953.tif 000010
【図９】
2008025953.tif 000011
【図１０】
2008025953.tif 000012