(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプレートフィンを整列させ、燃焼室ドラムに収納するとともに、該プレートフィンに対して異なる２つの流路を形成する第1フィンパイプと第2フィンパイプを互いに扁平面で接する形で貫通させ、かつ前記2つのフィンパイプ同士及び各フィンパイプと複数のプレートフィンとを相互にロー付けしてなる熱交換器の加工方法であって、複数のプレートフィンを所定形状に整列させ、ロー材を配した後、燃焼室ドラムに収納するフィンプレート配設工程と、略円形断面形状の直線状素管をU字状に屈曲させた第1フィンパイプ及び第2フィンパイプを前記整列させたプレートフィン及び燃焼室ドラムの貫通孔に挿入するフィンパイプ挿入工程と、所定形状のマンドレルを前記第1フィンパイプ及び第2フィンパイプの開口端より圧入、拡管しながらフィンパイプ間の接合面を扁平形状に加工するフィンパイプ拡管工程と、前記開口端を前記拡管形状と異なる連通管で接続する連通管接続工程と、所定温度に加熱した高温炉を通してロー付けするロー付け工程よりなり、前記フィンパイプ拡管工程は、少なくとも第1フィンパイプと第2フィンパイプが接合する直管部分を同時に拡管加工し、前記直管部分が扁平面同士で略圧接状態に接合するようにした熱交換器の加工方法。
【請求項２】
熱交換器の加工工程は、まずフィンプレート配設工程を実施し、その後、フィンパイプ挿入工程を経て、フィンパイプ拡管工程を行い、次に連通管接続工程を経て、ロー付け工程を行うという順序にした請求項１記載の熱交換器の加工方法。
【請求項３】
フィンパイプ拡管工程において、拡管後の扁平面寸法は、少なくとも拡管前の素管外形寸法と同等か、それより大きい寸法とした請求項１または２記載の熱交換器の加工方法。
【請求項４】
フィンパイプ拡管工程において、拡管形状は断面略D形状とした請求項１ないし３のいずれか１項記載の熱交換器の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の管路を有する熱交換器の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
給湯用管路と風呂加熱用管路を有する熱交換器においては、給湯または風呂加熱の単独運転時、非運転側の管路が同管路内に水が流れていない状態でバーナによって加熱されるため、その管路温度が異常に上昇し、経時的に破損してしまうという問題があった。このため、従来の熱交換器は、略円形状のパイプで構成した給湯用管路と風呂加熱用管路を密着させて配設したり、ロー付けにより密着度を高めることで、それぞれの管路間での熱伝導を良くして、運転側の管路に熱伝導で放熱させ、非運転側の管路の温度上昇を抑制するような配慮がなされていた。
【０００３】
さらに、近年においては、例えば、特開平９−１４５１６２号公報に開示されているように、給湯用管路と風呂加熱用管路の接合部を扁平形状にして、接合面積を増大させることで、それぞれの管路間での熱の授受を確実に行うようにしたものも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の熱交換器は、管路間での熱の授受に伴う不具合を解消するための構成面に関する開示はなされているが、その具体的な加工方法に関する内容は開示されておらず、熱交換器を安価に、かつ熱の授受に伴う不具合を解消するための構成を確実に確保するという加工方法は不明である。
【０００５】
例えば、特開平９−１４５１６２号公報に開示されているような給湯用管路と風呂加熱用管路の接合部を扁平形状にして熱交換器を構成する場合、一般的な加工方法としては、予め扁平形状としたパイプをＵ状に折り曲げ、所定形状に加工した後、扁平面を接合する形で、整列させたプレートフィンの貫通孔に挿通し、開口端を同一形状の連通管により連通することで、給湯用管路及び風呂加熱用管路を形成していた。
【０００６】
このような加工方法においては、給湯用管路及び風呂加熱用管路として、予め扁平形状に加工したパイプを用いるため、規格品等の標準的なパイプを使用することができず、専用の加工治具や工程を必要とし、加工工数の増大を伴うもので、極めて高価な材料費になるという課題を有していた。特に、形状が限定される扁平形状においては、予め扁平形状に加工した直管を屈曲させ、略Ｕ字状のフィンパイプを形成するため、屈曲部や直管部が膨れたり、へこんだりする問題が発生する。このため、その形状を確保するための修正工程が数多く必要となり、加工工数が増大し、生産性も悪化してコストが高くなるという課題を有していた。
【０００７】
さらに、予め扁平形状に加工した素管を略Ｕ字状に屈曲させてフィンパイプを形成する場合、円形断面形状の素管を屈曲させる場合に比べ、曲げＲをあまり小さくすることができないため、フィンパイプの形状が大きくなり、熱交換器自体の形状も大きくなるという課題を有していた。
【０００８】
また、別の加工方法としては、整列させたプレートフィンを貫通する直管部分にのみ扁平形状のパイプを用い、両側の開口端を同一形状の連通管により連通することで、給湯用管路及び風呂加熱用管路を形成するという方法も考えられるが、このような加工方法においては、両側の開口端を連通管で接続する必要があり、加工工数の増大を伴うという課題を有するものであった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、規格品等の標準的なパイプを用い、加工工程の中で扁平形状を形成することで、熱交換器を安価に、かつ熱の授受に伴う不具合を解消するための構成を確実に確保しつつ、熱交換器の形状をコンパクトに構成するという加工方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、複数のプレートフィンを整列させ、燃焼室ドラムに収納するとともに、該プレートフィンに対して異なる２つの流路を形成する第1フィンパイプと第2フィンパイプを互いに扁平面で接する形で貫通させ、かつ前記2つのフィンパイプ同士及び各フィンパイプと複数のプレートフィンとを相互にロー付けしてなる熱交換器の加工方法であって、複数のプレートフィンを所定形状に整列させ、ロー材を配した後、燃焼室ドラムに収納するフィンプレート配設工程と、略円形断面形状の直線状素管をU字状に屈曲させた第1フィンパイプ及び第2フィンパイプを前記整列させたプレートフィン及び燃焼室ドラムの貫通孔に挿入するフィンパイプ挿入工程と、所定形状のマンドレルを前記第1フィンパイプ及び第2フィンパイプの開口端より圧入、拡管しながらフィンパイプ間の接合面を扁平形状に加工するフィンパイプ拡管工程と、前記開口端を前記拡管形状と異なる連通管で接続する連通管接続工程と、所定温度に加熱した高温炉を通してロー付けするロー付け工程よりなり、前記フィンパイプ拡管工程は、少なくとも第1フィンパイプと第2フィンパイプが接合する直管部分を同時に拡管加工し、前記直管部分が扁平面同士で略圧接状態に接合するようにしている。
【００１１】
上記発明によれば、異なる２つの流路を形成する第１フィンパイプと第２フィンパイプを構成する管材は、一般的な管材である略円形断面形状の直線状素管をＵ字状に屈曲させて用いているため、予め扁平形状を確保するようにした管材に比べ、極めて安価なものになるとともに、小さな曲げＲでＵ字状に屈曲させることができるため、フィンパイプの形状を小さく形成することができ、熱交換器のコンパクト化を図ることができる。
【００１２】
また、扁平形状は、Ｕ字状に屈曲、加工した管材を整列させたプレートフィンの貫通孔に挿入した後、拡管しながら形成するようにしているため、マンドレルの形状及び拡管条件を一定に管理することで、第１フィンパイプと第２フィンパイプの扁平面を広く、かつ極めて精度よく接合させることができる。
【００１３】
さらに、複数列のフィンパイプを連通する連通管は片側のみでよく、かつ扁平形状の直管部との接続部のみ拡管形状と同一にしているため、加工工数が大幅に削減でき、コスト低減を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の熱交換器の加工方法は、複数のプレートフィンを整列させ、燃焼室ドラムに収納するとともに、該プレートフィンに対して異なる２つの流路を形成する第1フィンパイプと第2フィンパイプを互いに扁平面で接する形で貫通させ、かつ前記2つのフィンパイプ同士及び各フィンパイプと複数のプレートフィンとを相互にロー付けしてなる熱交換器の加工方法であって、複数のプレートフィンを所定形状に整列させ、ロー材を配した後、燃焼室ドラムに収納するフィンプレート配設工程と、略円形断面形状の直線状素管をU字状に屈曲させた第1フィンパイプ及び第2フィンパイプを前記整列させたプレートフィン及び燃焼室ドラムの貫通孔に挿入するフィンパイプ挿入工程と、所定形状のマンドレルを前記第1フィンパイプ及び第2フィンパイプの開口端より圧入、拡管しながらフィンパイプ間の接合面を扁平形状に加工するフィンパイプ拡管工程と、前記開口端を前記拡管形状と異なる連通管で接続する連通管接続工程と、所定温度に加熱した高温炉を通してロー付けするロー付け工程よりなり、前記フィンパイプ拡管工程は、少なくとも第1フィンパイプと第2フィンパイプが接合する直管部分を同時に拡管加工し、前記直管部分が扁平面同士で略圧接状態に接合するようになっている。
【００１５】
また、請求項２に記載の熱交換器の加工方法は、熱交換器の加工工程は、まずフィンプレート配設工程を実施し、その後、フィンパイプ挿入工程を経て、フィンパイプ拡管工程を行い、次に連通管接続工程を経て、ロー付け工程を行うという順序にしている。
【００１６】
そして、異なる２つの流路を形成する第１フィンパイプと第２フィンパイプを構成する管材は、一般的な管材である略円形断面形状の直線状素管をＵ字状に屈曲させて用いているため、予め扁平形状を確保するようにした管材に比べ、極めて安価なものになるとともに、小さな曲げＲでＵ字状に屈曲させることがてきるため、フィンパイプの形状を小さく形成することができ、熱交換器のコンパクト化を図ることができる。
【００１７】
また、扁平形状は、Ｕ字状に屈曲、加工した管材を整列させたプレートフィンの貫通孔に挿入した後、拡管しながら形成するようにしているため、マンドレルの形状及び拡管条件を一定に管理することで、第１フィンパイプと第２フィンパイプの扁平面を広く、かつ極めて精度よく接合させることができる。
【００１８】
さらに、複数列のフィンパイプを連通する連通管は片側のみでよく、かつ扁平形状の直管部との接続部のみ拡管形状と同一にしているため、加工工数が大幅に削減でき、コスト低減を図ることができる。
【００２０】
そして、対向する扁平面を同時に形成するようにしているため、拡管加工時に互いの扁平面同士が沿うように拡管されることになり、扁平面同志を精度よく対向させて接合一体化することができ、第１フィンパイプと第２フィンパイプの熱伝導性を極めて良化することができるため、単独運転時等における熱の授受に伴う不具合を解消することができる。
【００２２】
そして、燃焼室ドラムを含む直管部分において拡管することで、バーナからの燃焼ガスによる吸熱範囲の第１フィンパイプと第２フィンパイプの接合部を確実に扁平状態に確保することができ、前記各フィンパイプ間の熱伝導性を良化することができるとともに、直管部分のみ拡管加工するため、加工を極めて容易に行うことができる。
【００２３】
また、請求項３に記載の熱交換器の加工方法は、フィパイプ拡管工程において、拡管後の扁平面寸法は、少なくとも拡管前の素管外形寸法と同等か、それより大きい寸法としている。
【００２４】
そして、拡管後の扁平面同士が確実に接合することになり、扁平面同志を精度よく対向させて接合一体化することができ、第１フィンパイプと第２フィンパイプの熱伝導性を極めて良化することができるため、単独運転時等における熱の授受に伴う不具合を解消することができる。
【００２５】
また、請求項４に記載の熱交換器の加工方法は、フィパイプ拡管工程において、拡管形状は断面略D形状としている。
【００２６】
そして、比較的単純な拡管形状にすることで、拡管条件を容易に設定することができ、かつ加工の容易性を確保することができるとともに、第１フィンパイプと第２フィンパイプの接合面積を大きくとることができ、熱伝導性を良化することで単独運転時等における熱の授受に伴う不具合を解消することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を風呂付給湯機等の熱交換器、いわゆる一缶二水式熱交換器に適用した場合を例にして、その図面と共に説明する。
【００２８】
図１において、１は風呂付給湯機の本体、２はその熱源となるバーナ、３はバーナ２の燃料制御弁となる比例制御弁、４は電磁弁、５は前記バーナ２の下流側に設けた熱交換器である。
【００２９】
上記熱交換器５は、図２に示すように整列して配した複数のプレートフィン６と、このプレートフィン６を貫通し、給湯用管路と風呂加熱用管路という異なる２つの流路を形成する第１フィンパイプ７及び第２フィンパイプ８と、前記プレートフィン６を囲んで前記バーナ２からの燃焼ガスをプレートフィン６及び第１、第２のフィンパイプ７、８に案内する燃焼室ドラム９とからなる。
【００３０】
そして、上記第１フィンパイプ７と第２フィンパイプ８は相互に熱の授受が行われるように互いに接合して一体化してあり、図３に示すように、燃焼ガスの流れ方向に沿って複数列、千鳥状に配設してある。
【００３１】
また、上記第１フィンパイプ７と第２フィンパイプ８は、図４に示すように、その接合部分の断面形状を略Ｄ形状とし、その扁平面同志を対向させて接合してある。
【００３２】
さらに、上記熱交換器５の構成を図５、図６を用いて詳細に説明すると、図５において、１０は第１フィンパイプ７及び第２フィンパイプ８におけるそれぞれの主管部で、その構造は図６に示すように、断面略円形の直線素管をＵ字状に屈曲させて直管部分１０ａと屈曲部分１０ｂとを連続形成してある。この主管部１０はその屈曲部分１０ｂを断面円形のまま残して、その直管部分１０ａを断面形状が略Ｄ形状となるように拡管加工し、断面略Ｄ形状として扁平面１０ｃ同志を対向させ接合一体化してある。
【００３３】
また、１１は上記主管部１０の開口端を連結して給湯用管路と風呂加熱用管路を形成する第１フィンパイプ７及び第２フィンパイプ８のＵ字状の連通管部で、断面略円形の直線素管をＵ字状に加工し、両端を前記主管部１０の開口端形状、すなわち断面略Ｄ形状に拡管した後、この拡管加工部１２を前記主管部１０の開口端に嵌合させてロー付けしてある。
【００３４】
次に、上記のように構成された熱交換器５の加工方法について、図７、図８、図９を用いて詳細に説明する。
【００３５】
まず、図７において、フィンプレート配設工程（Ａ）で複数の貫通孔６ａを有するフィンプレート６を所定間隔で整列配置し、（Ｂ）で所定位置１２にロー材１３を配した後、（Ｃ）において、その周囲を囲うように燃焼室ドラム９をセットする。
【００３６】
次に、フィンパイプ挿入工程（Ｄ）おいて、規格品等の標準パイプである断面略円形の直線素管をＵ字状に屈曲させ、所定形状に加工した第１フィンパイプ７及び第２フィンパイプ８を前記フィンプレート６及び燃焼室ドラム９の貫通孔６ａ、９ａに挿通し、所定の位置関係で固定した後、図８に示すフィンパイプ拡管工程（Ｅ）において、前記第１フィンパイプ７及び第２フィンパイプ８の開口端側より所定形状、例えば略Ｄ形状等、扁平形状のマンドレル１４を圧入し、同時に拡管しながら所定位置、例えば燃焼室ドラム９の他端面まで加工する。そして、（Ｆ）に示すように、この拡管工程により第１フィンパイプ７及び第２フィンパイプ８におけるそれぞれの主管部１０の直管部分１０ａを断面形状が略Ｄ形状になるように加工することができる。そして、前記第１フィンパイプ７と第２フィンパイプ８の拡管加工を同時に行うことで、断面略Ｄ形状の扁平面同志を精度よく対向させて略圧接状態に接合する。これにより、第１フィンパイプ７と第２フィンパイプ８の熱伝導性を極めて良化することができ、単独運転時等における熱の授受に伴う不具合を解消することができる。
【００３７】
なお、上記拡管工程において、マンドレルの形状に応じて拡管率を調整することで断面略Ｄ形状の扁平面を大きく加工することも可能となり、接合面をより広くすることで第１フィンパイプ７と第２フィンパイプ８の熱伝導性をさらに良化することができる。
【００３８】
次に、拡管工程が完了すると、図９に示す連通管接続工程（Ｇ）において、第１フィンパイプ７及び第２フィンパイプ８の開口端７ａ、８ａに、断面略円形の直線素管をＵ字状に加工し、両端を前記開口端形状、すなわち断面略Ｄ形状に拡管した連通管１１を嵌合させて取り付ける。
【００３９】
次に、ロー付け工程において、上記嵌合部にロー材をセットし、所定温度に加熱した高温炉を通すことで、プレートフィン６と各フィンパイプ間及び第１フィンパイプ７と第２フィンパイプ８間をそれぞれロー付け固定する。
【００４０】
また、図６において、拡管工程における扁平面の寸法ｄ１は、拡管前の素管外径ｄ２と同等か、それより大きめに拡管することで、扁平面同志を精度よく対向させて接合一体化することができることはいうまでもない。
【００４１】
さらに、拡管寸法Ｌについても燃焼室ドラム９の他端面までとして説明したが、これに限るものではなく、性能面で許容できる範囲であれば、いかなる寸法であってもよいものである。
【００４２】
なお、本実施例では２つの管路について拡管しながら接合面を形成する加工方法について説明したが、これに限るものではなく、２つ以上の複数の管路を有するものにおいても同様の加工方法が適用できることはいうまでもなく、さらに、拡管形状もＤ形状に限定されるものではなく、熱の授受が効率的に行われる形状であればいかなる形状でもよいものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように請求項１、２に記載の熱交換器の加工方法によれば、異なる２つの流路を形成する第１フィンパイプと第２フィンパイプを構成する管材は、一般的な管材である略円形断面形状の直線状素管をＵ字状に屈曲させるだけでよいため、予め扁平形状を確保するようにした管材に比べ、極めて安価なものになるとともに、小さな曲げＲでＵ字状に屈曲させることがてきるため、フィンパイプの形状を小さく形成することができ、熱交換器のコンパクト化を図ることができる。
【００４４】
また、扁平形状は、Ｕ字状に屈曲、加工した管材を整列させたプレートフィンの貫通孔に挿入した後、拡管しながら形成するようにしているため、マンドレルの形状及び拡管条件を一定に管理することで、第１フィンパイプと第２フィンパイプの扁平面を広く、かつ極めて精度よく接合させることができる。
【００４５】
さらに、複数列のフィンパイプを連通する連通管は片側のみでよく、かつ扁平形状の直管部との接続部のみ拡管形状と同一にしているため、加工工数が大幅に削減でき、コスト低減を図ることができる。
【００４６】
また、対向する扁平面を同時に形成するようにしているため、拡管加工時に互いの扁平面同士が沿うように拡管されることになり、扁平面同士を精度よく対向させて接合一体化することができ、第1フィンパイプと第２フィンパイプの熱伝導性を極めて良化することができるため、単独運転時等における熱の授受に伴う不具合を解消することができる。
【００４７】
また、燃焼室ドラムを含む直管部分において拡管することで、バーナからの燃焼ガスによる吸熱範囲の第1フィンパイプと第２フィンパイプの接合部を確実に扁平状態に確保することができ、前記各フィンパイプ間の熱伝導性を良化することができるとともに、直管部分のみ拡管加工するため、加工を極めて容易に行うことができる。
【００４８】
また、請求項３に記載の熱交換器の加工方法によれば、拡管後の扁平面同士が確実に接合することになり、扁平面同士を精度よく対向させて接合一体化することができるので、第1フィンパイプと第２フィンパイプの熱伝導性を極めて良化することができ、単独運転時等における熱の授受に伴う不具合を解消することができる。
【００４９】
また、請求項４に記載の熱交換器の加工方法によれば、比較的単純な拡管形状にすることで、拡管条件を容易に設定することができ、かつ加工の容易性を確保することができるとともに、第1フィンパイプと第２フィンパイプの接合面積を大きくとることができ、熱伝導性を良化することで単独運転時等における熱の授受に伴う不具合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における風呂付給湯機の熱交換器を示す構成図
【図２】同熱交換器の詳細構成図
【図３】同熱交換器のフィンパイプとプレートフィンの構成図
【図４】同熱交換器のフィンパイプの拡大構成図
【図５】同熱交換器の詳細斜視図
【図６】同熱交換器のフィンパイプ拡大図
【図７】同熱交換器の加工方法を示す加工工程図
【図８】同熱交換器の加工方法を示す加工工程図
【図９】同熱交換器の加工方法を示す加工工程図
【符号の説明】
６  プレートフィン
７  第１フィンパイプ
８  第２フィンパイプ
９  燃焼室ドラム
１０  主管部
１１  連通管
（Ａ）〜（ｃ）  プレートフィン配設工程
（Ｄ）  フィンパイプ挿入工程
（Ｅ）〜（Ｆ）  フィンパイプ拡管工程
（Ｇ）  連通管接続工程
【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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【図９】
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