(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、かつ高い熱交換効率を得ることが可能なフィンチューブを提供する。【解決手段】金属製の管体１と、この管体１の外周囲に設けられた金属製のフィン２とを備えている、フィンチューブＦＴ１であって、管体１の外周面を覆い、かつフィン２の少なくとも一部の金属面を外部に露出させるように設けられた耐食性材料のコーティング層３を備えており、管体１およびフィン２は、コーティング層３を介することなく互いに接触し、または一体的に繋がった構成とされている。好ましくは、フィン２には、コーティング層３の一部が進入した貫通孔２２が形成されており、コーティング層３のうち、各フィン２を挟んで隣り合う部分３０どうしは、貫通孔２２に進入している部分を介して一体的に繋がっている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の管体と、
この管体の外周囲に設けられた１または複数の金属製のフィンと、
を備えている、フィンチューブであって、
前記管体の外周面を覆い、かつ前記フィンの少なくとも一部の金属面を外部に露出させるように設けられた耐食性材料のコーティング層を備えており、
前記管体および前記フィンは、前記コーティング層を介することなく互いに接触し、または一体的に繋がった構成とされていることを特徴とする、フィンチューブ。
【請求項２】
前記フィンには、その厚み方向に貫通した貫通孔が形成されており、かつこの貫通孔には、前記コーティング層の一部分が進入している、請求項１に記載のフィンチューブ。
【請求項３】
前記コーティング層のうち、前記フィンを挟んで隣り合う部分どうしは、前記貫通孔に進入している部分を介して一体的に繋がっている、請求項２に記載のフィンチューブ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のフィンチューブを備えていることを特徴とする、熱交換器。
【請求項５】
金属製の管体の外周囲に１または複数の金属製のフィンが設けられた複数のフィンチューブを有しており、
潜熱を含む燃焼ガスその他のガスから顕熱および潜熱を回収して温水を生成するのに用いられる熱交換器であって、
前記複数のフィンチューブのうち、潜熱回収を行なう部分のフィンチューブのみが、請求項１ないし３のいずれかに記載のフィンチューブとされている、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれかに記載のフィンチューブを製造するための方法であって、
金属製の管体の外周面に１または複数の金属製のフィンが直接接触し、または一体的に繋がって設けられているフィンチューブ中間品を準備し、かつ前記管体の外周面および前記フィンの外面の略全体に耐食性材料を塗布してコーティング層を形成する工程と、
前記フィンの一部を溶剤中に浸漬させることにより、前記フィンの表面に形成されているコーティング層を除去する工程と、
を有していることを特徴とする、フィンチューブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換に用いられるフィンチューブ、これを備えた熱交換器、およびフィンチューブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフィンチューブの具体例として、特許文献１，２に記載されたものがある。特許文献１に記載されたフィンチューブは、金属製の管体に金属製の複数のフィンが外嵌装着され、かつこれら管体および各フィンの外面の全体が樹脂コーティングされた構成を有している。このような構成によれば、管体や各フィンが比較的腐食し易い金属製であっても、それらの腐食を防止し、耐久性を高めることができる。
【０００３】
一方、特許文献２に記載されたフィンチューブは、金属製の管体に螺旋状の金属製のフィンが装着されている。ただし、前記管体の外周面の全体には、樹脂コーティング層が形成されており、この樹脂コーティング層に前記フィンの内周部分が食い込んでいる。このような構成によれば、管体に対するフィンの取り付けが容易となる。また、管体の外周面には樹脂コーティング層が形成されているために、この管体が容易に腐食することも防止することができる。
【０００４】
しかしながら、前記した従来技術においては、次に述べるように、改善すべき点があった。
【０００５】
すなわち、特許文献１に記載されたフィンチューブにおいては、管体および各フィンの外面の全体が樹脂コーティング層によって覆われているために、このフィンチューブを用いて熱交換を行なう場合、フィンチューブの外部に存在する熱媒体を前記管体や各フィンの外面（金属面）に直接接触させることができない。したがって、前記熱媒体とフィンチューブとの間の熱伝達率が低く、熱交換効率も低いものとなる不具合がある。とくに、樹脂コーティング層は熱伝導率が低いために、前記不具合は一層顕著である。
【０００６】
一方、特許文献２に記載されたフィンチューブにおいては、管体の外周面の全体が樹脂コーティング層によって覆われており、管体とフィンとの間にも樹脂コーティング層が介在している。このため、樹脂コーティング層が管体と各フィンとの間の熱伝達を妨げることとなり、やはり熱交換効率が低いものとなる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１６１５９５号公報
【特許文献２】特開２００５−９８６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、耐久性が良く、かつ高い熱交換効率を得ることが可能なフィンチューブ、熱交換器、およびそのようなフィンチューブを適切に製造することが可能なフィンチューブの製造方法を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
本発明の第１の側面により提供されるフィンチューブは、金属製の管体と、この管体の外周囲に設けられた１または複数の金属製のフィンと、を備えている、フィンチューブであって、前記管体の外周面を覆い、かつ前記フィンの少なくとも一部の金属面を外部に露出させるように設けられた耐食性材料のコーティング層を備えており、前記管体および前記フィンは、前記コーティング層を介することなく互いに接触し、または一体的に繋がった構成とされていることを特徴としている。
【００１１】
このような構成によれば、金属製の管体の外周面については、耐食性材料のコーティング層によって適切に保護することができる。その一方、フィンの少なくとも一部の金属面は、外部に露出しているために、この露出部分に対してフィンチューブの外部に存在する熱媒体を直接接触させることが可能である。また、フィンと管体との間にもコーティング層が設けられておらず、これらフィンと管体とは直接接触または一体的に繋がっているために、これらフィンと管体との間の熱伝達性または熱伝導性も良好にすることができる。したがって、フィンチューブの耐久性を良好にしつつ、前記従来技術よりも熱交換効率を高めることができる。なお、本発明においては、フィンの金属面が露出しているために、このフィンをたとえば銅製などにした場合には、長期使用によってこのフィンが腐食し、痩せてしまう虞があるものの、このようにフィンが多少痩せたとしても、フィンチューブの熱交換性能が大きく劣化するようなことはなく、また管体内を流通する流体が外部に漏出するようなこともないため、とくに不具合を生じることはない。
以上のように、本発明は、管体に耐食性をもたせてフィンチューブ全体の耐久性を良好にしつつ、フィンについては、耐食性を優先するのではなく、外部の熱媒体との間の熱伝達性能や管体との間の熱伝達性能を高め得る構成として、フィンチューブ全体の熱交換効率を高めようとするものであり、その実用的価値は大きい。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記フィンには、その厚み方向に貫通した貫通孔が形成されており、かつこの貫通孔には、前記コーティング層の一部分が進入している。
【００１３】
このような構成によれば、コーティング層の一部分がフィンに形成された貫通孔に進入していることにより、前記コーティング層がフィンに固定される作用が発揮されることとなる。したがって、たとえばコーティング層が熱歪を生じた場合であっても、このことに起因して、このコーティング層がフィンや管体から容易に剥離しないようにすることができる。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記コーティング層のうち、前記フィンを挟んで隣り合う部分どうしは、前記貫通孔に進入している部分を介して一体的に繋がっている。
【００１５】
このような構成によれば、前記コーティング層がフィンによって複数の部分に完全に分断された構成にならないようにし、前記貫通孔に進入している部分を介して前記コーティング層の全体が一体的に繋がった構成とすることができる。したがって、コーティング層が管体から剥離することが、より徹底して防止され、フィンチューブの耐久性能をより高めることができる。
【００１６】
本発明の第２の側面により提供される熱交換器は、本発明の第１の側面により提供されるフィンチューブを備えていることを特徴としている。
【００１７】
このような構成によれば、本発明の第１の側面により提供されるフィンチューブについて述べたのと同様な効果が得られる。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、金属製の管体の外周囲に１または複数の金属製のフィンが設けられた複数のフィンチューブを有しており、潜熱を含む燃焼ガスその他のガスから顕熱および潜熱を回収して温水を生成するのに用いられる熱交換器であって、前記複数のフィンチューブのうち、潜熱回収を行なう部分のフィンチューブのみが、本発明の第１の側面により提供されるフィンチューブとされている。
【００１９】
このような構成によれば、熱交換器の製造コストが高くなることを抑制しつつ、熱交換器全体の耐久性能を良好とし、しかも高い熱交換効率を得ることが達成可能となる。すなわち、潜熱回収時には凝縮水が発生するが、このような凝縮水が発生する部分のフィンチューブについては、管体に耐食性をもたせたフィンチューブとされているために、前記の凝縮水に起因してフィンチューブの管体が容易にダメージを受けることはない。一方、顕熱を回収する部分のフィンチューブは、管体にコーティング層が設けられていない構成とされているために、管体を利用した熱回収も可能となって熱交換効率を高めることができ、またコーティング層が設けられていない分だけ、その製造コストを廉価なものにすることもできる。
【００２０】
本発明の第３の側面により提供されるフィンチューブの製造方法は、本発明の第１の側面により提供されるフィンチューブを製造するための方法であって、金属製の管体の外周面に１または複数の金属製のフィンが直接接触し、または一体的に繋がって設けられているフィンチューブ中間品を準備し、かつ前記管体の外周面および前記フィンの外面の略全体に耐食性材料を塗布してコーティング層を形成する工程と、前記フィンの一部を溶剤中に浸漬させることにより、前記フィンの表面に形成されているコーティング層を除去する工程と、を有していることを特徴としている。
【００２１】
このような構成によれば、簡易な作業工程によって、本発明の第１の側面により提供されるフィンチューブを適切に製造することができる。すなわち、前記構成とは異なり、たとえばフィンに塗装が施されないようにしつつ、管体の外周面のみに耐食性材料を塗装する手段を採用した場合には、たとえばフィンが狭いピッチで管体の外周に複数設けられている場合に、これらフィンどうしの狭い領域に耐食性材料をきめ細かく塗布する必要があり、この作業が難しいものとなる。これに対し、本発明の前記した構成によれば、そのようなきめ細かな作業は不要であり、作業性が良い。
【００２２】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
図１〜図３は、本発明が適用されたフィンチューブを備えた熱交換器の一例を示している。図１によく表われているように、本実施形態の熱交換器ＨＥ１は、複数のフィンチューブＦＴ１と、ケーシング４を備えている。
【００２５】
各フィンチューブＦＴ１は、図２および図３によく表われているように、管体１、この管体１の外周に装着されてこの管体１の長手方向に適当なピッチで並んだ複数のフィン２、および管体１の外周面１０を覆うコーティング層３を備えている。管体１は、たとえば銅製である。各フィン２は、管体１と同様にたとえば銅製であり、管体１に外嵌された円筒部２０と、この円筒部２０に一体的に繋がった円板状の鍔部２１とを備えている。円筒部２０の内周面２０ａは、コーティング層３を介することなく管体１の外周面１０に対面接触しており、フィン２と管体１との間の熱伝達が良好となるように構成されている。また、円筒部２０の幅Ｌ１は、鍔部２１の厚みｔ１よりも大きな寸法であり、フィン２と管体１との間の伝熱面積が大きくされている。
【００２６】
コーティング層３は、たとえばエポキシ系、ウレタン系、あるいはアクリル系などの耐食性に優れる樹脂からなり、管体１の外周面１０やフィン２の円筒部２０の外周面の略全体を覆っている。ただし、既述したように、管体１の外周面１０と円筒部２０の内周面２０ａとは直接接触しており、それらの間にはコーティング層３は介装されていない。各フィン２の鍔部２１には、この鍔部２１の厚み方向に貫通した複数の貫通孔２２が形成されている。これに対し、コーティング層３は、鍔部２１の広い面積を覆わないようにしつつ、このコーティング層３の内部に各貫通孔２２が埋没するように形成されており、このコーティング層３の一部は、各貫通孔２２に進入している。コーティング層３は、管体３の長手方向において、複数のフィン２によって複数の部分３０に区分されているものの、これら複数の部分３０は、各貫通孔２２に進入した部分を介して一体的に繋がっている。
【００２７】
図１において、ケーシング４は、円筒状あるいは矩形状などの筒状であり、その内部には、加熱用の熱媒体としてたとえば燃焼ガスその他の加熱用のガスが流入する。複数のフィンチューブＦＴ１は、それらの長手方向両端部がケーシング４の外部に露出するようにしてケーシング４内に配され、かつＵ字管５を介して一連に接続されている。このようにして接続された複数のフィンチューブＦＴ１の両端は、被加熱流体の流入口１９ａおよび流出口１９ｂとされている。ケーシング４は、たとえば銅製であるが、このケーシング４の腐食を防止することを目的として、その内面に樹脂コーティングを施した構成とすることもできる。
【００２８】
前記したフィンチューブＦＴ１は、たとえば図４に示すような方法により製造することができる。
【００２９】
まず、図４（ａ）に示すように、たとえばフィンチューブ中間品ＦＴ’を塗料３Ａ中に浸漬させることにより、または同図（ｂ）に示すように、塗装用のノズル８から塗料３Ａを噴霧させるなどして、フィンチューブ中間品ＦＴ’の外表面に塗装を施す。フィンチューブ中間品ＦＴ’は、図２および図３に示したフィンチューブＦＴ１の完成品と比較すると、コーティング層３が形成されていない点が相違しており、それ以外の構成は完成品と同様である。塗料３Ａは、たとえばエポキシ系、ウレタン系、あるいはアクリル系などの樹脂を含有するものである。前記した塗装作業により、同図（ｃ）に示すように、フィンチューブ中間品ＦＴ’の外表面の全域に、コーティング層３’を形成する。このコーティング層３’は、各貫通孔２２内にも進入させるように形成する。
【００３０】
次いで、同図（ｄ）に示すように、各フィン２の一部を溶剤７中に浸漬させた状態で、フィンチューブ中間品ＦＴ’を回転させ、各フィン２の鍔部２１の外周縁寄りの広い面積領域のコーティング層３’を除去する。このことにより、同図（ｅ）に示すように、複数の貫通孔２２に一部が進入した状態で管体１の外周面を覆ったコーティング層３を形成することができ、前述したフィンチューブＦＴ１を適切に製造することができる。
【００３１】
前記したような製造方法によれば、フィン２の配列ピッチが小さい場合であっても、これらフィン２どうしの間の狭い領域に対してコーティング層３を容易かつ適切に形成することが可能である。したがって、コーティング不良などを生じ難くすることができる。また、フィンチューブＦＴ１の製造コストも抑制することができる。
【００３２】
次に、前記したフィンチューブＦＴ１を備えた熱交換器ＨＥ１の作用について説明する。
【００３３】
まず、熱交換器ＨＥ１は、フィンチューブＦＴ１の管体１内に被加熱流体を供給し、かつケーシング１内に燃焼ガスなどの加熱用の熱媒体を供給させた状態で使用される。管体１の外周面１０は、コーティング層３により覆われているために、前記熱媒体の熱が管体１に直接伝達することはないものの、前記熱媒体は各フィン２の外部に露出した金属面に直接接触し、各フィン２に対して効率良く熱伝達する。また、各フィン２に伝達した熱は、各フィン２の円筒部２０から管体１に伝達される。既述したように、円筒部２０と管体１とは直接接触しており、またそれらの接触面積は大きくされているために、各フィン２から管体１への熱伝達も効率良く行なわれる。したがって、この熱交換器ＨＥ１においては、管体１が樹脂コーティング層３によって覆われているものの、前記熱媒体からの熱回収量を多くして管体１内の被加熱流体を効率良く加熱することができ、高い熱交換効率が得られることとなる。
【００３４】
一方、管体１は樹脂コーティング層３によって覆われているために、前記熱媒体が銅を腐食させる成分を含んでいる場合、あるいは前記熱媒体からの熱回収に伴って腐食性のドレインが発生する場合であっても、管体１が容易に腐食するようはない。したがって、フィンチューブＦＴ１の耐久性を良くすることが可能であり、管体１が腐食により損傷してこの損傷部分から被加熱流体が外部に漏れ出すような不具合を生じないようにすることができる。各フィン２については、その金属面が外部に露出しているために、腐食により多少は痩せる可能性があるものの、仮に、各フィン２がそのように痩せたとしても、このことに起因して熱回収機能が大きく損なわれたり、あるいは被加熱流体の漏出が生じるようなことはないため、とくに不具合はない。好ましくは、各フィン２については、使用に伴ってフィン２の厚みｔ１が減少することを予め考慮した設計仕様にしておけばよい。
【００３５】
図２を参照して説明したように、コーティング層３のうち、各フィン２を挟んで隣り合う部分３０どうしは、各フィン２の貫通孔２２に進入している部分を介して互いに一体的に繋がっている。このような構成によれば、コーティング層３の複数の部分３０が単に一体的に繋がっているばかりではなく、コーティング層３のうち、貫通孔２２内に進入している部分は、コーティング層３の全体を各フィン２に対して位置決め固定させる機能を発揮することとなる。したがって、コーティング層３が管体１から容易に剥離しないようにすることができる。フィンチューブＦＴ１は、温度が頻繁に変化する条件下で使用されるために、本実施形態とは異なり、たとえばコーティング層３を単に管体１の外周面上に形成しただけでは、コーティング層３が熱歪を頻繁に生じることに起因して管体１から比較的容易に剥離する虞がある。これに対し、本実施形態においては、そのような虞を適切に解消することが可能であり、フィンチューブＦＴ１の耐久性がより高められることとなる。
【００３６】
図５〜図７は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。
【００３７】
図５に示すフィンチューブＦＴ２においては、管体１Ａと複数のフィン２Ａとが一体成形されている。管体１Ａと複数のフィン２Ａとを一体成形すること自体は、従来既知であるため、その製造方法については省略する。本実施形態のように、管体１Ａと各フィン２Ａとを一体成形した場合であっても、各フィン２Ａから管体１Ａへの熱伝達がコーティング層３を介することなく、直接的に行なわれることとなる。したがって、前記実施形態のフィンチューブＦＴ１と同様な効果を得ることができる。
【００３８】
図６に示すフィンチューブＦＴ３は、いわゆるプレートフィンタイプであり、所定間隔で並んだ複数枚のプレート状のフィン２Ｂのそれぞれに複数の管体１が貫通した構成とされている。コーティング層３（同図において網点模様で示す部分）は、管体１の外周面１０を覆っている他、フィン２Ｂのうち、管体１０の周辺領域をも覆っており、貫通孔２２にも進入している。本実施形態においても、前記した実施形態と同様な効果が得られる。本発明でいうフィンチューブとは、本実施形態のようなプレートフィンタイプのものも含む概念である。
【００３９】
図７に示す熱交換器ＨＥ２は、ガスバーナまたはオイルバーナなどの燃焼器９０によって発生される燃焼ガスから顕熱および潜熱を回収して温水を生成するためのものであり、燃焼ガスが供給されるケーシング４Ａの内部に、本発明が適用された複数のフィンチューブＦＴ１と、本発明が不適用の複数のフィンチューブ６とが設けられている。複数のフィンチューブ６は、顕熱回収用であって、複数のフィンチューブＦＴ１よりも燃焼器９０寄りに配されている。各フィンチューブ６は、たとえば銅製の管体６０の外周に銅製の複数のフィン６１が適当な配列ピッチで装着された構成を有しており、管体６０および各フィン６１は、樹脂コーティングされておらず、それらの外面の略全域が金属面のままである。これに対し、複数のフィンチューブＦＴ１は、フィンチューブ６によって顕熱が回収された後の燃焼ガスから潜熱を回収するためのものであり、その構成は、前記実施形態のフィンチューブＦＴ１と同様である。なお、フィンチューブＦＴ１，６は、Ｕ字管５Ａを介して互いに連結されており、流入口１９ａからフィンチューブＦＴ１，６に入水を行なわせて、出湯口１９ｂから出湯を行なわせることが可能である。
【００４０】
本実施形態によれば、燃焼ガスから潜熱回収を行なった際に、燃焼ガス中の窒素酸化物などを含んだ強酸性のドレイン（凝縮水）が発生するのに対し、そのような潜熱回収を行なう部分については、本発明が適用されたフィンチューブＦＴ１が用いられているために、前記ドレインに起因してフィンチューブＦＴ１の管体１が容易に腐食することはない。一方、顕熱を回収する部分については、樹脂コーティングが一切施されていない銅製のフィンチューブ６が用いられているが、この部分には前記したような強酸性のドレインは発生しないために、管体６０が容易に腐食することはやはりない。フィンチューブ６は、管体６が樹脂コーティングされていない分だけ、熱交換効率が良いため、フィンチューブ６の総数を少なくして、この部分の小サイズ化、ひいては熱交換器ＨＥ２の全体の小型化を図ることが可能となる。本実施形態から理解されるように、本発明においては、熱交換器を構成する複数のフィンチューブのうち、一部のフィンチューブのみに本発明を適用した構成とすることもできる。
【００４１】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るフィンチューブ、および熱交換器の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。また、本発明に係るフィンチューブの製造方法の各工程の具体的な構成も、種々に変更自在である。
【００４２】
たとえば、本発明でいうコーティング層は、要は、管体よりも耐食性に優れる材質であればよい。コーティング層は、樹脂以外として、たとえばセラミックなどの他の材質とすることもできる。
【００４３】
管体およびフィンは、ともに金属製であればよく、銅製に限らない。アルミニウムやその他の種々の材質にすることができる。もちろん、管体とフィンとの材質が相違してもよい。フィンとしては、たとえば特許文献２に記載されているような螺旋状のフィンを用いることもできる。本発明は、フィンが腐食することを許容するものであるが、フィンの材質をたとえばステンレス製にするなどして、フィンに耐食性をもたせた構成とすることもできる。ただし、ステンレスは、銅などに比べると熱伝導性に劣り、しかも高価である。したがって、フィンや管体については、耐食性を余り考慮することなく、熱伝導率が高く、かつ安価な金属とすることが好ましい。本発明のフィンチューブは、温水生成用の熱交換器の構成部品として用いられるだけではなく、種々の熱交換用途（冷却用、放熱用なども含む）に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るフィンチューブを備えた熱交換器の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示されたフィンチューブの要部拡大断面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、図１に示されたフィンチューブの製造方法の一例を示す説明図である。
【図５】本発明に係るフィンチューブの他の例を示す要部断面図である。
【図６】本発明に係るフィンチューブの他の例を示す要部斜視図である。
【図７】本発明に係る熱交換器の他の例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
ＨＥ１，ＨＥ２    熱交換器
ＦＴ１〜ＦＴ３    フィンチューブ
ＦＴ’            フィンチューブ中間品
１，１Ａ      管体
２，２Ａ，２Ｂ    フィン
３      コーティング層
１０    外周面（管体の）
２０    円筒部（フィンの）
２１    鍔部（フィンの）
２２    貫通孔
３０    複数の部分（コーティング層のうち、フィンを挟んで隣り合う部分）
【図１】
2009257608.tif 000003
【図２】
2009257608.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009257608.tif 000008
【図７】
2009257608.tif 000009