JP2018096622A - 熱交換器、温水装置および熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管をフィンに挿入する際のフィンの反りを抑制できる熱交換器、温水装置および熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】フィン１は、伝熱管１３ａが挿通される楕円形状の複数の挿通孔１ｂを有し、かつ材質にステンレスを含んでいる。複数の挿通孔１ｂは、単列をなすように第１の方向Ｘに沿って並んで配置されている。フィン１は、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって延びる第１スリット１ｅａと、第２端部Ｅ２から第１端部Ｅ１に向かって延びる第２スリット１ｅｂとを有している。第２スリット１ｅｂは、切り起こし壁部１ｇが配置された第１縁部と、切り起こし壁部１ｇが配置されない第２縁部とを有している。【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換器、温水装置および熱交換器の製造方法に関するものである。

従来の熱交換器は、特開２００１−１６５５８８号公報（特許文献１）、実公平６−４１０８５号公報（特許文献２）に開示されている。

特開２００１−１６５５８８号公報には、フィンに設けたスリット部分からフィンの表面に平行な方向に向けて楕円形状の伝熱管を挿入して固定することが記載されている。

実公平６−４１０８５号公報には、フィンに設けた貫通孔にフィンの表面に直交する方向から円形状の伝熱管を挿入して固定することが記載されている。

特開２００１−１６５５８８号公報 実公平６−４１０８５号公報

特開２００１−１６５５８８号公報においては、フィンの表面に平行な方向に向けてスリット部分から伝熱管が挿入される。このため、伝熱管がフィンを押し広げながらスリット部分を通過することになり、フィンが反りやすい。

また実公平６−４１０８５号公報においては、フィンの一方側の辺にのみ、フィンの主面から立ち上がった整流板が配置されている。この整流板により、熱気流が水管の表面に沿った方向に曲げられるため熱交換効率が向上する。しかし、整流板が設けられていることにより、伝熱管をフィンに挿入した場合、フィンの上記一方側の辺は整流板により拘束されて他方側の辺よりも伸びにくいため、フィンが反りやすい。

フィンに反りが生じた場合、フィンに挿入された複数の伝熱管同士のピッチなどが設計値と異なることとなり、伝熱管を他の部材と組み立てることが困難となる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い熱交換効率を確保するとともに、伝熱管をフィンに挿入する際のフィンの反りを抑制できる熱交換器、温水装置および熱交換器の製造方法を提供することである。

本発明の熱交換器は、伝熱管と、フィンとを備えている。フィンは、伝熱管が挿通される円形状の複数の挿通孔を有し、かつ材質にステンレスを含んでいる。複数の挿通孔は、単列をなすように第１の方向に沿って並んで配置されている。複数の挿通孔は、互いに隣り合う第１挿通孔と第２挿通孔とを有している。フィンは、第１の方向に交差する第２の方向に互いに対向する第１端部および第２端部を有している。フィンは、第１端部から第２端部に向かって延びる第１スリットと、第２端部から第１端部に向かって延びる第２スリットとを有している。第２スリットは、切り起こし壁部が配置された第１縁部と、切り起こし壁部が配置されない第２縁部とを有している。

なお上記の円形状とは、真円形状および楕円形状を含む。
本発明の熱交換器によれば、第２スリットが切り起こし壁部を有している。このため、この切り起こし壁部により、伝熱管の表面に沿った方向に加熱用気体の流れを曲げることができる。これにより、熱交換効率が向上する。

また第２スリットが切り起こし壁部が配置されない第２縁部を有している。このため、挿通孔に伝熱管が挿入された際に、フィンは切り起こし壁部に拘束されにくくなり、第２端部において延びやすくなる。これにより、フィンは第１端部側と第２端部側とでほぼ均等に延びることが可能となる。つまり第１端部側または第２端部側のいずれかに偏って延びることが抑制され得る。よって、フィンの反りが抑制され、熱交換器の組立が容易となる。

以上より、高い熱交換効率を確保しつつ、伝熱管をフィンに挿入する際のフィンの反りを抑制することができる。

上記の熱交換器においては、第１スリットの先端は、第１挿通孔の円形状の中心と第２挿通孔の円形状の中心とを繋ぐ中心線よりも第２端部側に位置している。

これにより、第１端部を第２端部に対して加熱用気体の上流側に配置した場合には、加熱用気体は伝熱管内の媒体と熱交換しやすくなる。

上記の熱交換器においては、第２スリットの先端は、第１挿通孔と第２挿通孔とに挟まれる領域内に位置している。

これにより伝熱管がフィンの挿通孔に挿入された場合に第２スリットがフィンの変形を吸収しやすくなる。

上記の熱交換器においては、第２スリットの第１縁部は、第２スリットの第２縁部よりも第２端部の近くに位置している。

この切り起こし壁部により加熱用気体をより効果的に伝熱管に接触させることができ、熱交換効率を向上することができる。

上記の熱交換器においては、第１縁部の正面形状は、第２端部から第１端部に向けて突き出した湾曲形状を有している。

これにより第２スリットの先端部の幅を小さく維持しながら切り起こし壁部の立ち上がり高さを大きくすることができる。

上記の熱交換器においては、複数の挿通孔の各々の周囲には、バーリング壁部が配置されている。第１の方向に延びて挿通孔の円形状の中心を通る仮想の直線と、円形状の中心を通りその仮想の直線に直交する仮想の垂線とを想定した場合に、バーリング壁部は、仮想の垂線が通過する部分に切欠を有している。

これにより伝熱管をフィンの挿通孔に圧入する際に、バーリング壁部が切欠を境界として２つに分かれて広がることにより伝熱管の圧入抵抗を低減することができる。

上記の熱交換器においては、フィンは、仮想の垂線が通過する部分に、フィンの端縁から挿通孔に向けて窪んだ凹部を有している。

この凹部により、ろう材を挿通孔の真上に塗布することが容易となる。この凹部からろう材が流れ落ちることにより、挿通孔に挿通された伝熱管とフィンとをろう材で接合することが容易となる。

上記の熱交換器においては、第１スリットの先端部における第１の方向に沿う幅は、第２スリットの先端部における第１の方向に沿う幅と同一の寸法となるように設定されている。

これにより設計が容易になる。
本発明の温水装置は、上記の熱交換器と、その熱交換器により熱交換される加熱用気体を発生させるバーナとを備えている。

本発明の温水装置によれば、伝熱管をフィンに挿入する際のフィンの反りを抑制することができる。これにより組立が容易な温水装置を実現することができる。

本発明の熱交換器の製造方法は、上記の熱交換器を製造する方法であって、フィンの挿通孔に伝熱管を圧入する工程と、フィンに伝熱管をろう付けする工程とを備えている。

本発明の熱交換器の製造方法によれば、伝熱管をフィンに圧入する際のフィンの反りを抑制することができる。これにより組立が容易な熱交換器を実現することができる。

上記の熱交換器の製造方法においては、フィンは、複数の挿通孔の各々の周囲にバーリング壁部を有するように、かつ凹部を有するように準備される。第１の方向に延びて挿通孔の円形状の中心を通る仮想の直線と、円形状の中心を通りその仮想の直線に直交する仮想の垂線とを想定した場合に、バーリング壁部は、仮想の垂線が通過する部分に切欠を有するように形成される。凹部は、仮想の垂線が通過する部分に、フィンの端縁から挿通孔に向けて窪むように形成される。ろう付けする工程は、ろう材を凹部からバーリング壁部の切欠を通じて伝熱管とフィンとの間へ流す工程を含む。

これにより、凹部により、ろう材を挿通孔の真上に塗布することが容易となる。ろう材が凹部からバーリング壁部の切欠を通じて伝熱管とフィンとの間へ流れ落ちることにより、挿通孔に挿通された伝熱管とフィンとをろう材で接合することが容易となる。

以上説明したように本発明によれば、伝熱管をフィンに挿入する際のフィンの反りを抑制できる熱交換器、温水装置および熱交換器の製造方法を実現することができる。

本発明の一実施の形態における温水装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施の形態における顕熱回収熱交換器および潜熱回収熱交換器の構成を概略的に示す斜視図である。 図２に示す顕熱回収熱交換器の内部構成を示す斜視図である。 図３に示す顕熱回収熱交換器に用いられるフィンの構成を示す斜視図である。 図４に示すフィンの２つの挿入孔付近を拡大して示す拡大正面図である。 フィンの製造方法を説明するための図である。 比較例のフィンの１つの挿入孔付近を拡大して示す拡大正面図である。 比較例のフィンが反った様子を示す正面図である。 切り起こし壁部の第１の比較例の構成を示す部分拡大正面図である。 切り起こし壁部の第２の比較例の構成を示す部分拡大正面図である。 図３に示す顕熱回収熱交換器に用いられるフィンの切り起こし壁部の立ち上がり高さを大きくできることを説明するための部分拡大正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
まず、本発明の一実施の形態における温水装置の構成について図１を用いて説明する。

図１に示されるように、本実施の形態の温水装置１００は、顕熱回収熱交換器（一次熱交換器）１０と、潜熱回収熱交換器（二次熱交換器）２０と、燃焼装置（バーナー）３０と、チャンバ３１と、送風装置３２と、ダクト３３と、ベンチュリ３４と、オリフィス３５と、ガスバルブ３６と、配管４０と、バイパス配管４１と、三方弁４２と、液液熱交換器４３と、温水配管４４と、筐体５０とを主に有している。筐体５０の内部に、上記の部品のうち筐体５０を除く全ての部品が配置されている。

ガスバルブ３６、オリフィス３５およびベンチュリ３４がこの順で配管に接続されている。この配管には筐体５０の外部から燃料ガスが供給可能である。この配管に供給された燃料ガスは、ガスバルブ３６とオリフィス３５とを通じてベンチュリ３４に流れる。

ガスバルブ３６は燃料ガスの流量を制御するためのものである。ベンチュリ３４は、燃料ガスと空気との混合ガスの流れを絞ることによって混合ガスの流速を増加させるものである。ベンチュリ３４は、筐体５０の外部から空気を取り入れられるように構成されている。ベンチュリ３４は、筐体５０の外部から取り入れた空気と、配管から供給された燃料ガスとを混合するように構成されている。

ベンチュリ３４は配管を通じて送風装置３２に接続されている。この配管により、ベンチュリ３４で混合された混合ガスは送風装置３２に送られる。送風装置３２は、混合ガスを燃焼装置３０へ供給するためのものである。送風装置３２は、ファンケースと、ファンケース内に配置された羽根車と、羽根車を回転させるための駆動源（モータなど）とを主に有している。

送風装置３２はチャンバ３１に接続されており、チャンバ３１は燃焼装置３０に接続されている。送風装置３２から供給された混合ガスは、チャンバ３１を通じて燃焼装置３０に送られる。

燃焼装置３０は、混合ガスを燃焼することにより加熱用気体としての燃焼ガスを発生するためのものである。燃焼装置３０は燃焼ガスを下向きに供給する逆燃式の装置である。燃焼装置３０から吹出される混合ガスは、点火プラグ１４ａによって着火され、燃焼ガスとなる。点火プラグ１４ａは、後述するように顕熱回収熱交換器１０に設けられている。

燃焼ガスが顕熱回収熱交換器１０および潜熱回収熱交換器２０を順に通過するように、燃焼装置３０、顕熱回収熱交換器１０および潜熱回収熱交換器２０が接続されている。具体的には、燃焼装置３０の下方に顕熱回収熱交換器１０が取り付けられており、この顕熱回収熱交換器１０の下方に潜熱回収熱交換器２０が取り付けられている。

潜熱回収熱交換器２０にはダクト３３が接続されており、ダクト３３は筐体５０の外部へ延びている。これにより、潜熱回収熱交換器２０を通過した燃焼ガスは、ダクト３３を通じて筐体５０の外部へ排出される。

顕熱回収熱交換器１０および潜熱回収熱交換器２０の各々は、燃焼装置３０から供給された燃焼ガスと湯水との間で熱交換を行うことにより湯水を加熱するためのものである。

顕熱回収熱交換器１０は、燃焼装置３０が発生させた燃焼ガスの顕熱を回収するためのものである。潜熱回収熱交換器２０は、燃焼ガスの潜熱を回収するためのものである。この潜熱回収熱交換器２０には、たとえばプレート式熱交換器が用いられる。

顕熱回収熱交換器１０において入水する湯水の温度が低い場合、または燃焼装置３０の加熱量が少ない場合などには、顕熱回収熱交換器１０内において燃焼ガスの水蒸気が凝縮し、凝縮した水（ドレン）が発生する。また潜熱回収熱交換器２０においても、ドレンが発生する。これらのドレンはダクト３３の一部を通って、筐体５０の外部へ排水される。

顕熱回収熱交換器１０の伝熱管と潜熱回収熱交換器２０の伝熱管とは配管４０で接続されている。潜熱回収熱交換器２０よりも入水側の配管４０の部分と、顕熱回収熱交換器１０よりも出湯側の配管４０の部分とはバイパス配管４１によりバイパスされている。

顕熱回収熱交換器１０よりも出湯側の配管４０の部分とバイパス配管４１とは三方弁４２で接続されている。三方弁４２は、顕熱回収熱交換器１０から配管４０の出湯口への流路と、顕熱回収熱交換器１０からバイパス配管４１への流路とを切り替え可能に構成されている。

バイパス配管４１には液液熱交換器４３が接続されている。液液熱交換器４３には、温水端末に接続された温水配管４４が挿入されている。液液熱交換器４３は、顕熱回収熱交換器１０および潜熱回収熱交換器２０を通って温められた温水が液液熱交換器４３の内部に流れるように構成されている。この液液熱交換器４３の内部を流れる温水が温水配管４４の外側を流れることにより、液液熱交換器４３の内部を流れる温水と温水配管４４の内部を流れる温水との間で熱交換を行うことが可能となる。

上記の温水装置１００に供給された水は、顕熱回収熱交換器１０および潜熱回収熱交換器２０において燃焼ガスと熱交換をして湯となる。これにより温水装置１００によって湯を供給することが可能となる。

温水端末から戻ってきた温水は、温水配管４４を通って、液液熱交換器４３において顕熱回収熱交換器１０および潜熱回収熱交換器２０で温められた温水との熱交換により温められてから、再び温水端末に供給される。このようにして、温水装置１００によって温水端末に温水を供給することが可能となる。

次に、上記の温水装置１００に用いられる顕熱回収熱交換器１０の構成について図２および図３を用いて説明する。

図２に示されるように、本実施の形態の顕熱回収熱交換器１０は、ケース１１と、ヘッダ１２と、伝熱管（吸熱パイプ：図３）１３ａ、１３ｂと、フィン１（図３）とを主に有している。

ケース１１は、第１側壁１１ａ、第２側壁１１ｂ、第３側壁１１ｃおよび第４側壁１１ｄを有している。第１側壁１１ａ〜第４側壁１１ｄは、四角の枠状となるように接続されている。

第１側壁１１ａと第３側壁１１ｃとは互いに対面している。第２側壁１１ｂと第４側壁１１ｄとは互いに対面している。第１側壁１１ａ〜第４側壁１１ｄの各々は、ケース１１の内部と外部と仕切る壁面を有している。

上記枠形状を有するケース１１は上下に開口を有している。これによりケース１１の上側の開口を通ってケース１１の内部に燃焼ガスが給気可能である。またケース１１の下側の開口を通って燃焼ガスがケース１１の外部へ排気可能である。

第１側壁１１ａの外面にヘッダ１２が設けられている。第１側壁１１ａの外面に設けられたヘッダ１２には、入水側の継手１３ｃおよび出湯側の継手１３ｄが取り付けられている。第３側壁１１ｃの外面にも図示しないヘッダ１２が設けられている。第１側壁１１ａの外面に設けられたヘッダ１２と、第３側壁１１ｃの外面に設けられたヘッダ１２とは複数の伝熱管１３ａ、１３ｂで接続されている。

図３に示されるように、複数の伝熱管１３ａ、１３ｂは、ケース１１の内部に位置する伝熱管１３ａと、ケース１１の外部に位置する伝熱管１３ｂとを有している。伝熱管１３ａの横断面形状はたとえば楕円形状を有している。なお横断面形状とは、伝熱管１３ａが延びる方向に直交する方向の断面形状を意味する。伝熱管１３ａ、１３ｂの各々は、たとえばステンレスなどの材質よりなっている。

また第２側壁１１ｂおよび第４側壁１１ｄの各々には、ケース１１の外部から内部に向かって窪んだ凹部１１ｄａが設けられている。ケース１１の外部に位置する伝熱管１３ｂは凹部１１ｄａに嵌っている。

このヘッダ１２と伝熱管１３ａ、１３ｂとを流通する湯水の流れはたとえば以下のようになる。

図２および図３に示されるように、入水側の継手１３ｃから入水した湯水は、第１側壁１１ａの外面の最も一方端側に設けられたヘッダ１２を通じて、ケース１１の内部に位置する伝熱管１３ａに入る。この伝熱管１３ａ内に入った湯水は、第３側壁１１ｃの外面に設けられた図示しないヘッダ１２に達する。第３側壁１１ｃの外面に設けられたヘッダ１２に達した湯水は、当該ヘッダ１２に接続された別の伝熱管１３ａを通って第１側壁１１ａの外面に設けられたヘッダ１２に達する。

このように湯水は、第１側壁１１ａ側から第３側壁１１ｃ側へ向かった後に、第３側壁１１ｃ側から第１側壁１１ａ側へ折り返される。その後、湯水は、第３側壁１１ｃ側への折り返しと第１側壁１１ａ側への折り返しとが繰り返されるように流れる。

図２に示されるように、上記により第１側壁１１ａの外面の最も他方端側に設けられたヘッダ１２に到達した湯水は、第２側壁１１ｂの外面に設けられた伝熱管１３ｂを通って第３側壁１１ｃの外面に設けられたヘッダ１２に達する。

第３側壁１１ｃの外面に設けられたヘッダ１２に達した湯水は、図３に示される第４側壁１１ｄの外面に設けられた伝熱管１３ｂを通って第１側壁１１ａの外面に設けられたヘッダ１２に達し、最後に、湯側の継手１３ｄから出湯する。

図３に示されるように、ケース１１の内部に位置する伝熱管１３ａの外周面には、複数のフィン１が接続されている。なお図３においては、図の簡略化のため、複数のフィン１のうち一部のフィン１のみが示されている。

図４に示されるように、フィン１は、たとえばステンレス製の１枚の平板を加工することにより形成されている。フィン１は、平板部１ａと、複数の挿通孔１ｂと、バーリング壁部１ｃと、第１スリット１ｅａと、第２スリット１ｅｂと、切り起こし壁部１ｇと、凹部１ｈと、凸部１ｉとを主に有している。

複数の挿通孔１ｂは、単列をなすように第１の方向（矢印Ｘ方向）に沿って並んで配置されている。複数の挿通孔１ｂの各々は、平板部１ａの表面から裏面にかけて貫通している。複数の挿通孔１ｂの各々は、正面視において楕円形状を有している。正面視とは、平板部１ａの表面に対して直交する方向から見た視点を意味する。

フィン１は、第１の方向Ｘに交差する第２の方向（矢印Ｙ方向）に互いに対向する第１端部Ｅ１および第２端部Ｅ２を有している。なお第２の方向Ｙは、第１の方向Ｘに対してたとえば直交している。

複数の挿通孔１ｂの各々の周囲には、バーリング壁部１ｃが配置されている。このバーリング壁部１ｃは、平板部１ａを折り曲げることにより平板部１ａに対して立ち上げられた部分である。バーリング壁部１ｃは切欠１ｄａを有している。

図５に示されるように、第１の方向Ｘに延びて挿通孔１ｂの円形状の中心Ｃを通る仮想の直線（中心線Ｓ）と、円形状の中心Ｃを通り仮想の直線Ｓに直交する垂線（一点鎖線Ｌ）とを想定した場合、バーリング壁部１ｃの切欠１ｄａは、その垂線Ｌが通過する部分に配置されている。挿通孔１ｂが楕円形状である場合、バーリング壁部１ｃの切欠１ｄａは、挿通孔１ｂの楕円形状の長軸（一点鎖線Ｌ）が通過する部分に配置されている。具体的には、切欠１ｄａは、長軸Ｌが通過するバーリング壁部１ｃの第１端部Ｅ１側の部分と第２端部Ｅ２側の部分との各々に配置されている。これにより、バーリング壁部１ｃは、長軸Ｌを境界にして２つに分離されている。

第１スリット１ｅａは、フィン１の第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって延びている。第２スリット１ｅｂは、フィン１の第２端部Ｅ２から第１端部Ｅ１に向かって延びている。第１スリット１ｅａおよび第２スリット１ｅｂの双方は、切り起こし壁部１ｇが配置されない縁部を有している。

上記における切り起こし壁部１ｇが配置されない縁部とは、その縁部において平板部１ａが折り曲げられていないことを意味する。よって、切り起こし壁部１ｇが配置されない縁部においては、平板部１ａが平坦なまま終端している。

第２スリット１ｅｂは、第２端部Ｅ２側において正面視で湾曲した部分と、第１端部Ｅ１側において正面視で直線状に延びる部分とを有している。第２スリット１ｅｂの湾曲した部分の縁部には切り起こし壁部１ｇが配置されている。一方、第２スリット１ｅｂの直線状に延びる部分の縁部には切り起こし壁部１ｇが配置されていない。つまり、第２スリット１ｅｂは、切り起こし壁部１ｇが配置された第１縁部（湾曲した部分）と、切り起こし壁部１ｇが配置されない第２縁部（直線状に延びる部分）とを有している。

切り起こし壁部１ｇは、平板部１ａを折り曲げることにより平板部１ａに対して立ち上げられた部分である。切り起こし壁部１ｇは、上記のバーリング壁部１ｃとたとえば同じ方向に折り曲げられている。切り起こし壁部１ｇは、フィン１の第１の方向Ｘの端部に位置する部分１ｇｅを有している。

第２スリット１ｅｂの切り起こし壁部１ｇが配置された第１縁部の正面形状（上記正面視における形状）は第２端部Ｅ２から第１端部Ｅ１に向けて突き出した湾曲形状を有している。

第１スリット１ｅａがフィン１の第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって延びる長さは、第２スリット１ｅｂがフィン１の第２端部Ｅ２から第１端部Ｅ１に向かって延びる長さよりも長い。第１スリット１ｅａの先端は、２つの挿通孔１ｂの楕円形状の中心Ｃ同士を繋ぐ中心線（一点鎖線Ｓ）よりも第２端部Ｅ２側に位置している。この中心線Ｓは、第１の方向に沿って延びている。一方、第２スリット１ｅｂの先端は、中心線Ｓよりも第２端部Ｅ２側に位置している。つまり第２スリット１ｅｂは、第２端部Ｅ２側から中心線Ｓを超えて第１端部Ｅ１側まで延びていない。

第１スリット１ｅａは、フィン１の第１端部Ｅ１から中心線Ｓまでは、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２へ近づくほど幅Ｗ１が狭くなっている。また第１スリット１ｅａは、中心線Ｓから第２端部Ｅ２側の先端までは同じ幅Ｗ１を維持している。第１スリット１ｅａの全体には、切り起こし壁部１ｇは配置されていない。

第１スリット１ｅａの先端および第２スリット１ｅｂの先端の各々は、２つの挿通孔１ｂによって挟まれる領域（図５中のハッチング領域Ｒ）内に位置している。第１スリット１ｅａの先端部における第１の方向Ｘに沿う幅Ｗ１は、第２スリット１ｅｂの先端部における第１の方向Ｘに沿う幅Ｗ２と同一の寸法となるように設定されている。

第１スリット１ｅａの先端と第２スリット１ｅｂの先端とに挟まれる平板部１ａの部分は、２つの隣り合う挿通孔１ｂの周囲の平板部１ａの部分を繋ぐ接続部１ｆとなる。

第１の方向Ｘに延びて挿通孔１ｂの円形状の中心Ｃを通る仮想の直線（中心線Ｓ）と、円形状の中心Ｃを通り仮想の直線Ｓに直交する垂線（一点鎖線Ｌ）とを想定した場合、凹部１ｈは、フィン１の第１端部Ｅ１であって、上記垂線（一点鎖線Ｌ）が通過する部分に配置されている。挿通孔１ｂが楕円形状である場合、挿通孔１ｂの楕円形状の長軸Ｌが通過する部分に配置されている。凹部１ｈは、フィン１の第１端部Ｅ１の端縁から挿通孔１ｂに向けて窪んでいる。この凹部１ｈは、正面視においてたとえば第１端部Ｅ１側から挿通孔１ｂ側に向けて突き出した湾曲形状を有している。

凸部１ｉは、フィン１の第２端部Ｅ２であって、上記垂線（一点鎖線Ｌ）が通過する部分に配置されている。挿通孔１ｂが楕円形状である場合、挿通孔１ｂの楕円形状の長軸Ｌが通過する部分に配置されている。この凸部１ｉの先端は、正面視においてたとえば第２端部Ｅ２側から挿通孔１ｂとは反対側に向けて突き出した湾曲形状を有している。凸部１ｉの先端における湾曲形状は、凹部１ｈの湾曲形状と同一の形状である。

第２端部Ｅ２は第１端部Ｅ１よりも燃焼ガスの流れ方向下流側に位置している。凸部１ｉが燃焼ガスの流れ方向下流側の第２端部Ｅ２に形成されているため、凸部１ｉが燃焼ガスの流れ方向上流側の第１端部Ｅ１に形成される場合に比べ、フィン１における熱交換性能および耐久性能が良好となる。

次に、本実施の形態の顕熱回収熱交換器１０の製造方法について説明する。
まずフィン１が形成される。フィン１は、図６に示されるように、複数のフィン１となる部分が繋がった状態の１枚のステンレス製の平板を切り離すことにより形成される。この切り離しにより、図４および図５に示すフィン１が形成される。また上記の切り離しにより、フィン１の凹部１ｈと凸部１ｉとが形成される。

次に、図３に示されるように、フィン１の挿通孔１ｂに伝熱管１３ａが圧入される。これにより複数のフィン１に複数の伝熱管１３ａが接続される。この状態で、フィン１の凹部１ｈにろう材のペーストが塗布される。このろう材のペーストの塗布は、伝熱管１３ａの延びる方向（矢印Ｚ方向）に沿って複数のフィン１の凹部１ｈに対して連続的に行われる。

図５に示されるように、凹部１ｈに塗布されたろう材のペーストは、凹部１ｈからバーリング壁部１ｃの切欠１ｄａを通じてフィン１と伝熱管１３ａとの接続部に達する。これによりフィン１と伝熱管１３ａとがろう材によりろう付けされる。

図３に示されるように、フィン１と伝熱管１３ａとがろう付けされた後に、その伝熱管１３ａが、ケース１１を構成する第１側壁１１ａおよび第３側壁１１ｃに接続される。この接続の際には、伝熱管１３ｂを取り付けた第２側壁１１ｂおよび第４側壁１１ｄが、第１側壁１１ａおよび第３側壁１１ｃの間に挟まれる。このように各部が接続されることにより、本実施の形態の顕熱回収熱交換器１０が製造される。

次に、本実施の形態の作用効果について、図７および図８に示す比較例と対比して説明する。

図７に示される比較例のフィン１の構成は、図４、図５に示す実施の形態の構成と比較して、第２端部Ｅ２には切り起こし壁部１ｇが設けられているがスリットが設けられていない点において主に異なっている。なお、比較例のフィン１の構成のうち図４、図５に示す実施の形態の構成と対応する部分については、実施の形態の符号と同一の符号を付している。

比較例のフィン１においては、第２端部Ｅ２には切り起こし壁部１ｇが設けられており、スリットが設けられていない。このため、比較例のフィン１の挿通孔１ｂに伝熱管が圧入された場合、フィン１の第１端部Ｅ１側は矢印ＡＲ１方向に拡がりやすいが、第２端部Ｅ２側は切り起こし壁部１ｇにより拘束されて矢印ＡＲ２方向に拡がりにくい。この伝熱管の圧入によって、フィン１の第１端部Ｅ１が第２端部Ｅ２よりも大きく拡がることにより、図８に示すようにフィン１に反りが生じる。

フィン１に反りが生じた場合、フィン１に接続された伝熱管のピッチなどの寸法が設計値と異なることになる。この場合、図３に示されるように、伝熱管がケース１１の第１側壁１１ａおよび第３側壁１１ｃに接続される際に、組立誤差が生じて、組立が困難となる。

これに対して本実施の形態においては、図４および図５に示されるように、切り起こし壁部１ｇが配置された第１縁部を第２スリット１ｅｂが有している。このため、この切り起こし壁部１ｇにより、伝熱管１３ａの表面に沿った方向に燃焼ガス（加熱用気体）の流れを曲げることができる。これにより、熱交換効率が向上する。

また第２スリット１ｅｂが切り起こし壁部１ｇが配置されない第２縁部を有している。このため、挿通孔１ｂに伝熱管１３ａが挿入された際に、フィン１は切り起こし壁部１ｇに拘束されにくくなり、第２端部Ｅ２において延びやすくなる。これにより、フィン１が第１端部Ｅ１側と第２端部Ｅ２側とでほぼ均等に延びることが可能となる。つまり第１端部Ｅ１側または第２端部Ｅ２側のいずれかに偏って延びることが抑制され得る。よって、フィン１の反りが抑制され、顕熱回収熱交換器１０の組立が容易となる。

また図５に示されるように、第１スリット１ｅａの先端は、２つの挿通孔１ｂの楕円形状の中心Ｃ同士を繋ぐ中心線Ｓよりも第２端部Ｅ２側に位置している。これにより、第１端部Ｅ１を第２端部Ｅ２に対して燃焼ガスの上流側に配置した場合には、燃焼ガスは伝熱管１３ａ内の湯水と熱交換しやすくなる。

また、このように第１スリット１ｅａの先端が中心線Ｓよりも第２端部Ｅ２側に位置している場合、挿通孔１ｂに伝熱管１３ａが挿入される際に特に第１端部Ｅ１側が延びやすくなり、フィン１の反りが生じやすくなる。しかし本実施の形態においては、第２端部Ｅ２から延びる第２スリット１ｅｂが切り起こし壁部１ｇを有しない第２縁部を有している。このため、第１スリット１ｅａが上記のようにフィン１の反りを生じさせやすい形状を有していても、そのフィン１の反りを第２スリット１ｅｂにより抑制することが可能となる。つまり第２スリット１ｅｂが切り起こし壁部１ｇのない第２縁部を有する構成は、第１スリット１ｅａが第２スリット１ｅｂよりも長く延びる場合において効果的にフィン１の反りを抑制できる。

また挿通孔１ｂが楕円形状を有し、第１スリット１ｅａがその楕円形状の長軸Ｌの一方側から他方側に向かって延びている。これにより第１スリット１ｅａの長さは、挿通孔１ｂが真円形状の場合よりも長くなる。このように第１スリット１ｅａの長さが長くなることにより、挿通孔１ｂに伝熱管１３ａが挿入される際に特に第１端部Ｅ１側が延びやすくなり、フィン１の反りが生じやすくなる。しかし本実施の形態においては、第２端部Ｅ２から延びる第２スリット１ｅｂが切り起こし壁部１ｇを有しない第２縁部を有している。このため、第１スリット１ｅａおよび挿通孔１ｂが上記のようにフィン１の反りを生じさせやすい形状を有していても、そのフィン１の反りを第２スリット１ｅｂにより抑制することが可能となる。つまり第２スリット１ｅｂが切り起こし壁部１ｇのない第２縁部を有する構成は、挿通孔１ｂが楕円形状で第１スリット１ｅａが第２スリット１ｅｂよりも長く延びる場合において効果的にフィン１の反りを抑制できる。

また図５に示されるように、第２スリット１ｅｂの先端は、２つの挿通孔１ｂに挟まれる領域Ｒ内に位置している。これにより伝熱管１３ａがフィン１の挿通孔１ｂに圧入された場合に第２スリット１ｅｂがフィン１の変形を吸収しやすくなる。

また図５に示されるように、第２スリット１ｅｂの第２端部Ｅ２側の第１縁部には切り起こし壁部１ｇが配置されている。この切り起こし壁部１ｇにより燃焼ガスをより効果的に伝熱管１３ａに接触させることができ、熱交換効率を向上することができる。

また図５に示されるように、第２スリット１ｅｂの切り起こし壁部１ｇが配置された第１縁部の正面形状は第２端部Ｅ２から第１端部Ｅ１に向けて突き出した湾曲形状を有している。これにより第２スリット１ｅｂの先端部の幅Ｗ１を小さく維持しながら切り起こし壁部１ｇの立ち上がり高さを大きくすることができる。以下、そのことを図９に示す比較例と図１０に示す比較例と対比しながら説明する。

図９に示されるように、仮にフィン１の平板部１ａの領域１ｇｂを打ち抜いて切り起こし壁部１ｇａを形成する場合、打ち抜きのための金型の寸法分（ハッチング領域１ｇｃ分）だけ捨て材が発生する、また、この場合、金型の寸法分（ハッチング領域１ｇｃ分）だけ切り起こし壁部１ｇａの立ち上がり高さが小さくなる。

また図１０に示されるように、仮に切り起こし壁部１ｇが配置された縁部の正面形状が直線形状である場合、切り起こし壁部１ｇの立ち上がり高さＨ２を高くすることができない。なぜなら、第２スリット１ｅｂを挟んで両側から延びる切り起こし壁部１ｇとなる部分（破線で示す部分）同士が互いに干渉しやすいからである。

仮に図１０の構成において切り起こし壁部１ｇとなる部分（破線で示す部分）同士が互いに干渉しにくくするためには、第２スリット１ｅｂの幅Ｗ２を大きくする必要がある。しかし、第２スリット１ｅｂの幅Ｗ２を大きくした場合、フィン１の寸法が大きくなり、顕熱回収熱交換器１０の寸法が大きくなる。

これに対して本実施の形態においては、切り起こし壁部１ｇが配置された第２スリット１ｅｂの第１縁部の正面形状が湾曲形状である。これにより第２スリット１ｅｂを挟んで両側から延びる切り起こし壁部１ｇとなる部分（破線で示す部分）同士が、図１０に示す場合よりも互いに干渉しにくくなる。これにより本実施の形態においては、第２スリット１ｅｂの先端部の幅Ｗ２を小さく維持しながら、切り起こし壁部１ｇの立ち上がり高さＨ１を大きくすることができる。また図９に示すような加工と異なり、打ち抜きによる捨て材も生じない。

また図５に示されるように、複数の挿通孔１ｂの各々の周囲には、バーリング壁部１ｃが配置されている。バーリング壁部１ｃは、挿通孔１ｂの楕円形状の長軸Ｌが通過する部分に切欠１ｄａを有している。これにより伝熱管１３ａをフィン１の挿通孔１ｂに圧入する際に、バーリング壁部１ｃが切欠１ｄａを境界として拡がることができ、伝熱管１３ａの圧入抵抗を低減することができる。

また図５に示されるように、フィン１は、挿通孔１ｂの楕円形状の長軸Ｌが通過する部分に、フィン１の端縁から挿通孔１ｂに向けて窪んだ凹部１ｈを有している。この凹部１ｈにより、ろう材を挿通孔１ｂの真上に塗布することが容易となる。また、凹部１ｈからろう材が流れ落ちることにより、挿通孔１ｂに挿通された伝熱管１３ａとフィン１とをろう材で接合することが容易となる。

また図５に示されるように、第１スリット１ｅａの先端部における第１の方向Ｘに沿う幅Ｗ１は、第２スリット１ｅｂの先端部における第１の方向Ｘに沿う幅Ｗ２と同一寸法となるように設定されている。これにより設計が容易になる。

また本実施の形態の熱交換器の製造方法によれば、伝熱管１３ａをフィン１に圧入する際のフィン１の反りを抑制することができる。

また図５に示されるように、本実施の形態の熱交換器の製造方法によれば、凹部１ｈにより、ろう材を挿通孔１ｂの真上に塗布することが容易となる。また、ろう材が凹部１ｈからバーリング壁部１ｃの切欠１ｄａを通じて伝熱管１３ａとフィン１との間へ流れ落ちることにより、挿通孔１ｂに挿通された伝熱管１３ａとフィン１とをろう材で接合することが容易となる。

なお上記においては、伝熱管１３ａの横断面形状および挿通孔１ｂ正面視における形状が楕円形状である場合について説明したが、伝熱管１３ａの横断面形状および挿通孔１ｂ正面視における形状は楕円形状以外の円形状であってもよく、たとえば真円形状であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ フィン、１ａ 平板部、１ｂ 挿通孔、１ｃ バーリング壁部、１ｄａ 切欠、１ｅａ 第１スリット、１ｅｂ 第２スリット、１ｆ 接続部、１ｇ 切り起こし壁部、１ｈ 凹部、１ｉ 凸部、１０ 顕熱回収熱交換器、１１ ケース、１１ａ 第１側壁、１１ｂ 第２側壁、１１ｃ 第３側壁、１１ｄ 第４側壁、１２ ヘッダ、１３ａ，１３ｂ 伝熱管、１３ｃ 入水側の継手、１３ｄ 出湯側の継手、１４ａ 点火プラグ、２０ 潜熱回収熱交換器、３０ 燃焼装置、３１ チャンバ、３２ 送風装置、３３ ダクト、３４ ベンチュリ、３５ オリフィス、３６ ガスバルブ、４０ 配管、４１ バイパス配管、４２ 三方弁、４３ 液液熱交換器、４４ 温水配管、５０ 筐体、１００ 温水装置、Ｃ 中心、Ｅ２ 第２端部、Ｌ 長軸、Ｒ ハッチング領域、Ｓ 中心線、Ｘ 第１の方向、Ｙ 第２の方向。

Claims (11)

1. 伝熱管と、
   前記伝熱管が挿通される円形状の複数の挿通孔を有し、かつ材質にステンレスを含むフィンとを備え、
   前記複数の挿通孔は、単列をなすように第１の方向に沿って並んで配置され、
   前記複数の挿通孔は、互いに隣り合う第１挿通孔と第２挿通孔とを有し、
   前記フィンは、前記第１の方向に交差する第２の方向に互いに対向する第１端部および第２端部を有し、
   前記フィンは、前記第１端部から前記第２端部に向かって延びる第１スリットと、前記第２端部から前記第１端部に向かって延びる第２スリットとを有し、
   前記第２スリットは、切り起こし壁部が配置された第１縁部と、前記切り起こし壁部が配置されない第２縁部とを有する、熱交換器。
2. 前記第１スリットの先端は、前記第１挿通孔の前記円形状の中心と前記第２挿通孔の前記円形状の中心とを繋ぐ中心線よりも前記第２端部側に位置している、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第２スリットの先端は、前記第１挿通孔と前記第２挿通孔とに挟まれる領域内に位置している、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記第２スリットの前記第１縁部は、前記第２スリットの前記第２縁部よりも前記第２端部の近くに位置している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記第１縁部の正面形状は、前記第２端部から前記第１端部に向けて突き出した湾曲形状を有している、請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記複数の挿通孔の各々の周囲には、バーリング壁部が配置されており、
   前記第１の方向に延びて前記挿通孔の前記円形状の中心を通る仮想の直線と、前記円形状の中心を通り前記仮想の直線に直交する仮想の垂線とを想定した場合に、前記バーリング壁部は、前記仮想の垂線が通過する部分に切欠を有している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記フィンは、前記仮想の垂線が通過する部分に、前記フィンの端縁から前記挿通孔に向けて窪んだ凹部を有している、請求項６に記載の熱交換器。
8. 前記第１スリットの先端部における前記第１の方向に沿う幅は、前記第２スリットの先端部における前記第１の方向に沿う幅と同一の寸法となるように設定されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器と、
   前記熱交換器により熱交換される加熱用気体を発生させるバーナとを備えた、温水装置。
10. 請求項１に記載の熱交換器を製造する方法であって、
    前記フィンの前記挿通孔に前記伝熱管を圧入する工程と、
    前記フィンに前記伝熱管をろう付けする工程とを備えた、熱交換器の製造方法。
11. 前記フィンは、前記複数の挿通孔の各々の周囲にバーリング壁部を有するように、かつ凹部を有するように準備され、
    前記第１の方向に延びて前記挿通孔の前記円形状の中心を通る仮想の直線と、前記円形状の中心を通り前記仮想の直線に直交する仮想の垂線とを想定した場合に、前記バーリング壁部は、前記仮想の垂線が通過する部分に切欠を有するように形成され、
    前記凹部は、前記仮想の垂線が通過する部分に、前記フィンの端縁から前記挿通孔に向けて窪むように形成され、
    前記ろう付けする工程は、ろう材を前記凹部から前記バーリング壁部の前記切欠を通じて前記伝熱管と前記フィンとの間へ流す工程を含む、請求項１０に記載の熱交換器の製造方法。

Images