(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023003293
(43)【公開日】2023-01-11
(54)【発明の名称】熱交換器およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
F28F 9/26 20060101AFI20221228BHJP
F24H 9/00 20220101ALI20221228BHJP
F28D 1/06 20060101ALI20221228BHJP
F28F 9/18 20060101ALI20221228BHJP
【ＦＩ】
F28F9/26
F24H9/00 A
F28D1/06 A
F28F9/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021104380
(22)【出願日】2021-06-23
(71)【出願人】
【識別番号】000004709
【氏名又は名称】株式会社ノーリツ
(74)【代理人】
【識別番号】100120514
【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 雅人
(72)【発明者】
【氏名】瀬 直己
(72)【発明者】
【氏名】藤澤 秀行
【テーマコード（参考）】
3L036
3L065
3L103
【Ｆターム（参考）】
3L036AA04
3L036AA46
3L065FA03
3L103AA01
3L103BB43
3L103CC02
3L103CC27
3L103DD05
(57)【要約】
【課題】ケースの側壁部に対する伝熱管の固定や、伝熱管に対する接続管体の接続を容易かつ適切に行なうことが可能な熱交換器、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】加熱用媒体が内部に供給されるケース１内に収容される複数の伝熱管２と、これら複数の伝熱管２を接続するための接続管体６と、各伝熱管２に所定の圧接部２３が形成されるように各伝熱管２に設けられている拡管部２０と、圧接部２３よりも各伝熱管２の端部先端２５側に位置するように拡管部２０に設けられた第１の周壁部２１と、接続管体６の端部６０に位置し、かつ拡管部２０に嵌合される第２の周壁部６２と、を備えている、熱交換器ＨＥであって、第１および第２の周壁部２１，６２は、断面形状が相違しており、第１および第２の周壁部２１，６２の周方向の一部分どうしは互いに接触し、かつ他の一部分どうしは互いに離間した態様で嵌合している。
【選択図】 図４
【解決手段】加熱用媒体が内部に供給されるケース１内に収容される複数の伝熱管２と、これら複数の伝熱管２を接続するための接続管体６と、各伝熱管２に所定の圧接部２３が形成されるように各伝熱管２に設けられている拡管部２０と、圧接部２３よりも各伝熱管２の端部先端２５側に位置するように拡管部２０に設けられた第１の周壁部２１と、接続管体６の端部６０に位置し、かつ拡管部２０に嵌合される第２の周壁部６２と、を備えている、熱交換器ＨＥであって、第１および第２の周壁部２１，６２は、断面形状が相違しており、第１および第２の周壁部２１，６２の周方向の一部分どうしは互いに接触し、かつ他の一部分どうしは互いに離間した態様で嵌合している。
【選択図】 図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
加熱用媒体が内部に供給されるケースと、
このケースの側壁部に設けられている複数の孔部にそれぞれの端部が挿通するようにして前記ケース内から外部に引き出されている複数の伝熱管と、
これら複数の伝熱管どうしを接続するための少なくとも１つの接続管体と、
前記各伝熱管の外周面が前記各孔部の内周面に圧接した圧接部が形成されるように前記各伝熱管に設けられている拡管部と、
前記圧接部よりも前記各伝熱管の端部先端側に位置するように前記拡管部に設けられた第１の周壁部と、
前記接続管体の端部に位置し、かつ前記拡管部に嵌合される第２の周壁部と、
を備えている、熱交換器であって、
前記第１および第２の周壁部は、断面形状が相違しており、前記第１および第２の周壁部の周方向の一部分どうしは互いに接触し、かつ他の一部分どうしは互いに離間した態様で嵌合していることを特徴とする、熱交換器。
このケースの側壁部に設けられている複数の孔部にそれぞれの端部が挿通するようにして前記ケース内から外部に引き出されている複数の伝熱管と、
これら複数の伝熱管どうしを接続するための少なくとも１つの接続管体と、
前記各伝熱管の外周面が前記各孔部の内周面に圧接した圧接部が形成されるように前記各伝熱管に設けられている拡管部と、
前記圧接部よりも前記各伝熱管の端部先端側に位置するように前記拡管部に設けられた第１の周壁部と、
前記接続管体の端部に位置し、かつ前記拡管部に嵌合される第２の周壁部と、
を備えている、熱交換器であって、
前記第１および第２の周壁部は、断面形状が相違しており、前記第１および第２の周壁部の周方向の一部分どうしは互いに接触し、かつ他の一部分どうしは互いに離間した態様で嵌合していることを特徴とする、熱交換器。
【請求項2】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記各伝熱管および前記接続管体は、ともに丸パイプを用いて構成され、かつ前記側壁部の前記各孔部は、円形状であり、
前記圧接部は、前記各孔部の内周面に前記各伝熱管の外周面が圧接する形状であるのに対し、前記第１の周壁部は、前記圧接部とは断面形状が相違する断面中空の非円形状である、熱交換器。
前記各伝熱管および前記接続管体は、ともに丸パイプを用いて構成され、かつ前記側壁部の前記各孔部は、円形状であり、
前記圧接部は、前記各孔部の内周面に前記各伝熱管の外周面が圧接する形状であるのに対し、前記第１の周壁部は、前記圧接部とは断面形状が相違する断面中空の非円形状である、熱交換器。
【請求項3】
請求項１または２に記載の熱交換器であって、
前記第２の周壁部は、前記第１の周壁部内に嵌入された断面中空円形状であり、
前記第１の周壁部の内周面は、前記第２の周壁部の外周面よりも曲率半径が大きく、かつ前記第２の周壁部の外周面に一部分が接触するようにして周方向に間隔を隔てて設けられた複数の第１の曲面部と、前記第２の周壁部の外周面には接触しないようにして前記複数の第１の曲面部どうしを繋ぐように設けられた複数の第２の曲面部と、を有している、熱交換器。
前記第２の周壁部は、前記第１の周壁部内に嵌入された断面中空円形状であり、
前記第１の周壁部の内周面は、前記第２の周壁部の外周面よりも曲率半径が大きく、かつ前記第２の周壁部の外周面に一部分が接触するようにして周方向に間隔を隔てて設けられた複数の第１の曲面部と、前記第２の周壁部の外周面には接触しないようにして前記複数の第１の曲面部どうしを繋ぐように設けられた複数の第２の曲面部と、を有している、熱交換器。
【請求項4】
加熱用媒体が内部に供給されるケースの側壁部に設けられている複数の孔部に、複数の伝熱管の端部を挿通させた状態において、前記各伝熱管に拡管処理を施し、前記各伝熱管の外周面が前記各孔部の内周面に圧接する圧接部、およびこの圧接部よりも前記各伝熱管の端部先端側に位置した配置の第１の周壁部を含む拡管部を形成する拡管工程と、
この拡管工程後において、前記複数の伝熱管どうしを接続するための接続管体の端部を前記各伝熱管の前記第１の周壁部に嵌合させる管体接続工程と、
を有している、熱交換器の製造方法であって、
前記拡管工程においては、前記第１の周壁部を、前記接続管体の前記端部を構成する第２の周壁部とは相違する断面形状に形成し、
前記管体接続工程においては、前記第１および第２の周壁部を、これらの周方向の一部分どうしが互いに接触し、かつ他の一部分どうしが互いに離間する態様で嵌合させることを特徴とする、熱交換器の製造方法。
この拡管工程後において、前記複数の伝熱管どうしを接続するための接続管体の端部を前記各伝熱管の前記第１の周壁部に嵌合させる管体接続工程と、
を有している、熱交換器の製造方法であって、
前記拡管工程においては、前記第１の周壁部を、前記接続管体の前記端部を構成する第２の周壁部とは相違する断面形状に形成し、
前記管体接続工程においては、前記第１および第２の周壁部を、これらの周方向の一部分どうしが互いに接触し、かつ他の一部分どうしが互いに離間する態様で嵌合させることを特徴とする、熱交換器の製造方法。
【請求項5】
請求項４に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記拡管工程は、前記各伝熱管内に挿入可能とされて半径方向に拡縮変形可能な拡縮変形可能部を有し、かつこの拡縮変形可能部の外周面には、前記圧接部および前記第１の周壁部を拡管するための部位が設けられている割型パンチを用いて行なう、熱交換器の製造方法。
前記拡管工程は、前記各伝熱管内に挿入可能とされて半径方向に拡縮変形可能な拡縮変形可能部を有し、かつこの拡縮変形可能部の外周面には、前記圧接部および前記第１の周壁部を拡管するための部位が設けられている割型パンチを用いて行なう、熱交換器の製造方法。
【請求項6】
請求項５に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記割型パンチの前記拡縮変形可能部は、互いに別部材として形成された複数のセグメントが組み合わされて構成され、
前記複数のセグメントのうち、前記圧接部に対応する部位は、曲率半径が同一であり、かつ拡管時における前記拡縮変形可能部の中心からの距離が均一とされる断面円弧状の複数の第１の外面部を有する部位とされている一方、前記第１の周壁部に対応する部位は、曲率半径が同一に揃えられておらず、かつ拡管時における前記拡縮変形可能部の中心からの距離が不均一とされる断面円弧状の複数の第２の外面部を有している、熱交換器の製造方法。
前記割型パンチの前記拡縮変形可能部は、互いに別部材として形成された複数のセグメントが組み合わされて構成され、
前記複数のセグメントのうち、前記圧接部に対応する部位は、曲率半径が同一であり、かつ拡管時における前記拡縮変形可能部の中心からの距離が均一とされる断面円弧状の複数の第１の外面部を有する部位とされている一方、前記第１の周壁部に対応する部位は、曲率半径が同一に揃えられておらず、かつ拡管時における前記拡縮変形可能部の中心からの距離が不均一とされる断面円弧状の複数の第２の外面部を有している、熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、たとえば給湯装置における湯水加熱用途などに用いられる熱交換器、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
本出願人は、熱交換器の一例として、特許文献１に記載のものを先に提案している。
同文献に記載の熱交換器は、給湯装置などに組み込まれて湯水加熱に用いられるものであり、加熱用媒体が供給されるケース内に、複数の伝熱管が収容されている。複数の伝熱管の端部は、ケースの側壁部に設けられた孔部を貫通して外部に引き出されており、この部分には、略半円弧状の接続管体の両端部が嵌合されている。このことにより、複数の伝熱管は、接続管体を介して一連に接続され、それらの一端側から他端側に湯水を適切に流通させ、その流通過程において、湯水加熱が可能である。
同文献に記載の熱交換器は、給湯装置などに組み込まれて湯水加熱に用いられるものであり、加熱用媒体が供給されるケース内に、複数の伝熱管が収容されている。複数の伝熱管の端部は、ケースの側壁部に設けられた孔部を貫通して外部に引き出されており、この部分には、略半円弧状の接続管体の両端部が嵌合されている。このことにより、複数の伝熱管は、接続管体を介して一連に接続され、それらの一端側から他端側に湯水を適切に流通させ、その流通過程において、湯水加熱が可能である。
【0003】
また、ケースの側壁部に対する伝熱管の固定手段としては、伝熱管に拡管部が設けられ、かつこの拡管部が側壁部にロウ付けされている。前記拡管部は、伝熱管の外周面が側壁部の孔部の内周面に圧接した圧接部に加え、この圧接部よりも伝熱管の端部先端側に位置する先広がり状のフレア加工部をさらに含んだ構成とされている。
このような構成とは異なり、伝熱管に圧接部を設けるための拡管処理を施しただけでは、伝熱管の端部先端側の口径が縮小気味となり、接続管体の接続が困難となる虞がある。これに対し、前記構成によれば、フレア加工部に接続管体の端部を容易に嵌合させることが可能となり、前記した虞を解消することができる。
このような構成とは異なり、伝熱管に圧接部を設けるための拡管処理を施しただけでは、伝熱管の端部先端側の口径が縮小気味となり、接続管体の接続が困難となる虞がある。これに対し、前記構成によれば、フレア加工部に接続管体の端部を容易に嵌合させることが可能となり、前記した虞を解消することができる。
【0004】
しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。
【0005】
すなわち、伝熱管の端部先端側に、先広がり状のフレア加工部を形成した場合には、この部分に接続管体の端部を嵌入させることは容易になるものの、前記フレア加工部の形成箇所においては、伝熱管と接続管体とが互いに接触した態様での嵌合を行なわせることはできない。このため、接続管体の端部を伝熱管の端部に嵌入させただけでは、接続管体を安定した仮保持状態とすることは困難となる。その結果、熱交換器の製造工程において、伝熱管に接続管体を嵌合させた状態の熱交換器のケースを、これらのロウ付け作業工程位置に搬送する際に、接続管体が伝熱管から脱落するなどの虞がある。熱交換器の製造作業の効率化・適正化を図る上では、前記した虞を適切に解消することが望まれる。
【0006】
なお、前記した虞を解消するための手段として、前記したフレア加工部を無くすことが考えられるが、単にそのようにしただけでは、伝熱管と接続管体との嵌合状態を適切にコントロールすることは難しい。伝熱管と接続管体との嵌め合い公差が適切ではなく、締め代が大きい場合には、伝熱管への接続管体の嵌合接続が困難化する。これとは反対に、伝熱管と接続管体との相互間の隙間が大きい場合には、伝熱管に接続管体を安定して仮保持させることが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０２０－５１６８２号公報
【特許文献2】特開昭５２－１４９６５８号公報
【特許文献3】特開昭６３－２５９３９５号公報
【発明の概要】
【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り、ケースの側壁部に対する伝熱管の固定や、伝熱管に対する接続管体の接続を容易かつ適切に行なうことが可能な熱交換器、およびそ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熱交換器は、加熱用媒体が内部に供給されるケースと、このケースの側壁部に設けられている複数の孔部にそれぞれの端部が挿通するようにして前記ケース内から外部に引き出されている複数の伝熱管と、これら複数の伝熱管どうしを接続するための少なくとも１つの接続管体と、前記各伝熱管の外周面が前記各孔部の内周面に圧接した圧接部が形成されるように前記各伝熱管に設けられている拡管部と、前記圧接部よりも前記各伝熱管の端部先端側に位置するように前記拡管部に設けられた第１の周壁部と、前記接続管体の端部に位置し、かつ前記拡管部に嵌合される第２の周壁部と、を備えている、熱交換器であって、前記第１および第２の周壁部は、断面形状が相違しており、前記第１および第２の周壁部の周方向の一部分どうしは互いに接触し、かつ他の一部分どうしは互いに離間した態様で嵌合し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、次のような効果が得られる。
すなわち、第１および第２の周壁部どうしは、断面形状が相違し、部分接触した状態で嵌合しているため、それらの嵌め合い公差である締め代が大きめの場合であっても、それらを比較的容易に嵌合させることが可能である。したがって、組み立て作業性をよくすることが可能である。勿論、第１および第２の周壁部どうしが部分接触していれば、それらの間に適度な摩擦力を生じさせることができ、伝熱管に接続管体を嵌合させた際に、接続管体の安定的な仮保持が可能となる。このため、たとえば伝熱管への接続管体のロウ付け作業を行なう前に、接続管体が伝熱管から脱落するといった虞を無くすことが可能である。
本発明によれば、伝熱管に拡管処理を施して拡管部を形成する場合に、第１の周壁部が、接続管体の第２の周壁部に対してある程度の締め代を生じるように形成すればよく、拡管時における第１の周壁部の寸法精度を緩くすることが可能である。本発明とは異なり、たとえば第１および第２の周壁部が、ともに中空円形であって、同一形状である場合には、これらの嵌め合い公差が適度な公差となるように、それらのサイズをかなり精密に仕上げる必要があるが、本発明によれば、第１および第２の周壁部の相互間に、ある程度の締め代が生じるように、それらのサイズを比較的ラフに仕上げればよい。したがって、製造作業の一層の容易化を図り、生産性を高めることができる。
すなわち、第１および第２の周壁部どうしは、断面形状が相違し、部分接触した状態で嵌合しているため、それらの嵌め合い公差である締め代が大きめの場合であっても、それらを比較的容易に嵌合させることが可能である。したがって、組み立て作業性をよくすることが可能である。勿論、第１および第２の周壁部どうしが部分接触していれば、それらの間に適度な摩擦力を生じさせることができ、伝熱管に接続管体を嵌合させた際に、接続管体の安定的な仮保持が可能となる。このため、たとえば伝熱管への接続管体のロウ付け作業を行なう前に、接続管体が伝熱管から脱落するといった虞を無くすことが可能である。
本発明によれば、伝熱管に拡管処理を施して拡管部を形成する場合に、第１の周壁部が、接続管体の第２の周壁部に対してある程度の締め代を生じるように形成すればよく、拡管時における第１の周壁部の寸法精度を緩くすることが可能である。本発明とは異なり、たとえば第１および第２の周壁部が、ともに中空円形であって、同一形状である場合には、これらの嵌め合い公差が適度な公差となるように、それらのサイズをかなり精密に仕上げる必要があるが、本発明によれば、第１および第２の周壁部の相互間に、ある程度の締め代が生じるように、それらのサイズを比較的ラフに仕上げればよい。したがって、製造作業の一層の容易化を図り、生産性を高めることができる。
【0012】
本発明において、好ましくは、前記各伝熱管および前記接続管体は、ともに丸パイプを用いて構成され、かつ前記側壁部の前記各孔部は、円形状であり、前記圧接部は、前記各孔部の内周面に前記各伝熱管の外周面が圧接する形状であるのに対し、前記第１の周壁部は、前記圧接部とは断面形状が相違する断面中空の非円形状である。
【0013】
このような構成によれば、伝熱管や接続管体が、丸パイプを用いて構成されており、製造コストを廉価にすることができる。また、拡管部の圧接部および第１の周壁部の構成を合理的なものとすることもできる。
【0014】
本発明において、好ましくは、前記第２の周壁部は、前記第１の周壁部内に嵌入された断面中空円形状であり、前記第１の周壁部の内周面は、前記第２の周壁部の外周面よりも曲率半径が大きく、かつ前記第２の周壁部の外周面に一部分が接触するようにして周方向
に間隔を隔てて設けられた複数の第１の曲面部と、前記第２の周壁部の外周面には接触しないようにして前記複数の第１の曲面部どうしを繋ぐように設けられた複数の第２の曲面部と、を有している。
に間隔を隔てて設けられた複数の第１の曲面部と、前記第２の周壁部の外周面には接触しないようにして前記複数の第１の曲面部どうしを繋ぐように設けられた複数の第２の曲面部と、を有している。
【0015】
このような構成によれば、接続管体として、断面中空円形状の丸パイプを用いれば、この接続管体の第２の周壁部については、特別な加工を施す必要はなく、伝熱管の第１の周壁部とそのまま嵌合させればよいものとなる。したがって、製造が容易となる。一方、伝熱管の第１の周壁部に設けられている複数の第１の曲面部は、周方向に間隔を隔てた配置で接続管体の第２の周壁部の外周面に接触しているため、第１および第２の周壁部の相互の嵌合状態を、安定したものとすることができる。
【0016】
本発明の第２の側面により提供される熱交換器の製造方法は、加熱用媒体が内部に供給されるケースの側壁部に設けられている複数の孔部に、複数の伝熱管の端部を挿通させた状態において、前記各伝熱管に拡管処理を施し、前記各伝熱管の外周面が前記各孔部の内周面に圧接する圧接部、およびこの圧接部よりも前記各伝熱管の端部先端側に位置した配置の第１の周壁部を含む拡管部を形成する拡管工程と、この拡管工程後において、前記複数の伝熱管どうしを接続するための接続管体の端部を前記各伝熱管の前記第１の周壁部に嵌合させる管体接続工程と、を有している、熱交換器の製造方法であって、前記拡管工程においては、前記第１の周壁部を、前記接続管体の前記端部を構成する第２の周壁部とは相違する断面形状に形成し、前記管体接続工程においては、前記第１および第２の周壁部を、これらの周方向の一部分どうしが互いに接触し、かつ他の一部分どうしが互いに離間する態様で嵌合させ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熱交換器を、容易かつ適切に製造することができる。
【0018】
本発明において、好ましくは、前記拡管工程は、前記各伝熱管内に挿入可能とされて半径方向に拡縮変形可能な拡縮変形可能部を有し、かつこの拡縮変形可能部の外周面には、前記圧接部および前記第１の周壁部を拡管するための部位が設けられている割型パンチを用いて行なう。
【0019】
このような構成によれば、所定の構成の割型パンチを用いて伝熱管を拡管することにより、伝熱管の圧接部および第１の周壁部が同時に形成される。したがって、生産性を一層高めることができる。
【0020】
本発明において、好ましくは、前記割型パンチの前記拡縮変形可能部は、互いに別部材として形成された複数のセグメントが組み合わされて構成され、前記複数のセグメントのうち、前記圧接部に対応する部位は、曲率半径が同一であり、かつ拡管時における前記拡縮変形可能部の中心からの距離が均一とされる断面円弧状の複数の第１の外面部を有する部位とされている一方、前記第１の周壁部に対応する部位は、曲率半径が同一に揃えられておらず、かつ拡管時における前記拡縮変形可能部の中心からの距離が不均一とされる断面円弧状の複数の第２の外面部を有している。
【0021】
このような構成によれば、前記割型パンチを用いた拡管作業を行なうことにより、割型パンチの複数のセグメントの第１の外面部によって、伝熱管の圧接部を所定の構成に適切に形成し得るとともに、前記複数のセグメントの第２の外面部によって、第１の周壁部を、圧接部とは異なる断面形状に適切に形成し得ることとなる。
【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。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に係る熱交換器の一例を示す斜視図である。
【図6】（ａ）は、拡管作業で用いられる割型パンチの非拡大状態時の一例を示す正面図であり、（ｂ）は、その正面断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のVIc－VIc断面図であり、（ｄ）は（ａ）のVId－VId断面図である。
【図7】（ａ）は、図６に示す割型パンチの拡大状態時の一例を示す正面図であり、（ｂ）は、その要部正面断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のVIIc－VIIc断面図であり、(ｄ)は、(ａ)のVIId－VIId断面図である。
【図8】（ａ）～（ｃ）は、伝熱管の拡管作業の一例を示す要部断面図である。
【図9】（ａ）は、本発明の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す伝熱管を形成する状態を示す断面図である。
【図10】（ａ）は、本発明の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す伝熱管を形成する状態を示す断面図である。
【図11】（ａ）は、本発明の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す伝熱管を形成する状態を示す断面図である。
【図12】（ａ）は、本発明の他の例を示す要部断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のXII－XII断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
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。
【0025】
図１に示す熱交換器ＨＥは、たとえば給湯装置に組み込まれ、給湯用の湯水を加熱するのに用いられるものである。
この熱交換器ＨＥは、その基本的な構成が特許文献１に記載されたものと同様であり、上下が開口した略矩形枠状のケース１、その内部に収容された複数の胴パイプ３９、複数のフィン９、複数の伝熱管２、および伝熱管２どうしを接続する複数の接続管体６を備えている。
この熱交換器ＨＥは、その基本的な構成が特許文献１に記載されたものと同様であり、上下が開口した略矩形枠状のケース１、その内部に収容された複数の胴パイプ３９、複数のフィン９、複数の伝熱管２、および伝熱管２どうしを接続する複数の接続管体６を備えている。
【0026】
熱交換器ＨＥは、逆燃焼式の給湯装置に用いられ、ケース１の上部には、バーナ（不図示）が配され、このバーナによって発生された燃焼ガス（加熱用媒体の一例）がケース１内に供給される。胴パイプ３９および複数の伝熱管２を通過する湯水は、前記燃焼ガスを利用して加熱され、温水生成がなされる。
【0027】
複数の胴パイプ３９は、湯水加熱用の吸熱に加え、ケース１の複数の側壁部１０ｂ～１０ｄを冷却する役割を果たし、複数の側壁部１０ｂ～１０ｄの内面に沿って設けられている。これら複数の胴パイプ３９は、ケース１の側壁部１０ａの外面部に設けられたヘッダ部３５ａ，３５ｂを介して接続されている。胴パイプ３９の入水口３８に供給された湯水は、図１の破断線の矢印で示すように、胴パイプ３９および複数のヘッダ部３５ａ，３５ｂを通過した後に、複数の伝熱管２に流れ込み、これを通過した後に出湯口３７に到達する。
【0028】
複数の伝熱管２、および複数の接続管体６は、ともに金属製（たとえば、ステンレス製）の丸パイプを用いて構成されている。複数の伝熱管２は、図２および図３に示すように
、複数のフィン９に挿通して接合されたフィンチューブタイプであり、ケース１内に横架設され、上下および水平方向に並んでいる。各伝熱管２の両端部は、ケース１の側壁部１０ａ，１０ｃに設けられた孔部１１に挿通されてケース１の外部に引き出されている。
、複数のフィン９に挿通して接合されたフィンチューブタイプであり、ケース１内に横架設され、上下および水平方向に並んでいる。各伝熱管２の両端部は、ケース１の側壁部１０ａ，１０ｃに設けられた孔部１１に挿通されてケース１の外部に引き出されている。
【0029】
複数の接続管体６は、たとえば全体の側面視形状が略半円弧状のベンド管であり、それらの両端部６０は複数の伝熱管２の端部に嵌合して接続されている。このことにより、複数の伝熱管２は、複数の接続管体６を介して一連に繋がっている。
【0030】
図４に示すように、各伝熱管２には、各伝熱管２の他の部分よりも外径および内径が大きくされた拡管部２０が設けられている。この拡管部２０は、圧接部２３、第１および第２の膨出部２０ａ，２０ｂ、補助部２２、および第１の周壁部２１を含んでいる。
【0031】
接続管体６の端部６０は、拡管部２０内に嵌入されているが、この端部６０は、断面中空円形状である。接続管体６の端部６０のうち、拡管部２０の内側に位置するようにして拡管部２０と嵌合している部分６２が、本発明でいう接続管体の「第２の周壁部」の一例に相当する（以降、第２の周壁部６２と指称する）。また、本実施形態においては、接続管体６に膨出部６３が形成されており、この膨出部６３が伝熱管２の端部先端２５に当接するように設定されている。
【0032】
拡管部２０の圧接部２３は、側壁部１０ａの孔部１１内に位置し、かつ孔部１１の内周面に圧接した部位であり、この圧接部２３の存在により側壁部１０ａと伝熱管２との固定（仮固定）が図られている。孔部１１は、円形状の孔部であり（図５（ａ）も参照）、圧接部２３は、断面中空円形状である。
【0033】
拡管部２０の第１および第２の膨出部２０ａ，２０ｂは、伝熱管２の軸長方向においてケース１の側壁部１０ａを挟むように、側壁部１０ａの内側および外側にそれぞれ位置し、かつ伝熱管２の半径方向外方に外周面が部分的に膨出した環状の膨出部である。好ましくは、第１および第２の膨出部２０ａ，２０ｂは、側壁部１０ａに接触した配置とされる。このような第１および第２の膨出部２０ａ，２０ｂの存在により、側壁部１０ａに対する伝熱管２の固定がより確実かつ強固に図られる。第１および第２の膨出部２０ａ，２０ｂの相互間の領域は、前記した圧接部２３である。
【0034】
補助部２２は、第２の膨出部２０ｂと第１の周壁部２１との相互間に位置する部位である。第２の膨出部２０ｂは、圧接部２３と同様に、断面中空円形状であるのに対し、第１の周壁部２１は、後述するように、断面中空の非円形状である。補助部２２は、第２の膨出部２０ｂから第１の周壁部２１に到るまでの範囲において前記した断面形状の変化を生じさせる部位である。
【0035】
第１の周壁部２１は、第２の膨出部２０ｂおよび補助部２２よりも伝熱管２の端部先端２５側の部位であって、断面中空の非円形状であり、接続管体６の端部６０（第２の周壁部６２を含む）とは断面形状が相違している。
【0036】
より具体的には、図５（ｂ）に示すように、第１の周壁部２１は、内周面として、複数（たとえば３つ）ずつの第１および第２の曲面部２１ａ，２１ｂを有している。第１の曲面部２１ａは、接続管体６の第２の周壁部６２の外周面の曲率半径Ｒ０よりも大きな曲率半径Ｒ１の曲面部であって、第２の周壁部６２の外周面に一部分が接触する曲面部である。複数の第１の曲面部２１ａは、第１および第２の周壁部２１，６２の周方向に等角度間隔で設けられている。第２の曲面部２１ｂは、第２の周壁部６２の外周面に接触しないようにして複数の第１の曲面部２１ａどうしを繋ぐように設けられた曲面部である。第２の曲面部２１ｂと第２の周壁部６２との相互間には、隙間Ｃが形成されている。第２の曲面
部２１ｂの曲率半径Ｒ２は、たとえばＲ２＜Ｒ０＜Ｒ１の関係にある。
部２１ｂの曲率半径Ｒ２は、たとえばＲ２＜Ｒ０＜Ｒ１の関係にある。
【0037】
接続管体６は、その端部６０の先端が側壁部１０ａよりもケース１の内側に位置するようにして伝熱管２内に嵌入されている。これは、伝熱管２と側壁部１０ａとの接合箇所に接続管体６の端部６０が補強部材として追加されたのと同様な効果をもたらせることとなり、伝熱管２と側壁部１０ａとの接合箇所の強度が高められる。さらに、接続管体６と伝熱管２との接合箇所の強度を高める上でも有効である。
【0038】
本実施形態においては、図４（ｂ）に示すように、ロウ付け部Ｂａ，Ｂｂが設けられている。ロウ付け部Ｂａは、第２の膨出部２０ｂの付近と側壁部１０ａとをロウ付けする部分である。ロウ付け部Ｂｂは、伝熱管２の端部先端２５と接続管体６の外周面とをロウ付けする部分であり、前記した隙間Ｃにも進入している。
【0039】
次に、前記した熱交換器ＨＥの製造方法の一例について説明する。
【0040】
【0041】
割型パンチ５は、マンドレル４が内部に挿入される略筒状である。ただし、割型パンチ５は、複数のセグメント５０ａを束ねるようにして組み合わせ、かつこれらに伸縮性を有する複数のＯリング５５を外嵌させることにより、複数のセグメント５０ａが分解しないように拘束したものである。複数のセグメント５０ａは、略円筒状の部材をその軸長方向に沿って切断し、たとえば６つの部材に分割したものに相当する。割型パンチ５の先端部寄りの内周面には、傾斜面５６が設けられている。このため、図７に示すように、マンドレル４を前進させて、傾斜面５６を押圧することにより、割型パンチ５の略全体はＯリング５５の弾発力に抗して半径方向に拡大する。マンドレル４を後退させると、割型パンチ５は、Ｏリング５５の弾発力により図６に示す元の非拡大状態に復帰する。
【0042】
本実施形態の割型パンチ５は、セパレートの複数のセグメント５０ａを組み合わせて構成されているため、その全長域が拡縮変形可能部５０となっている。好ましくは、マンドレル４の先端部は、角錐状または円錐状などの先細状である。本実施形態においては、マンドレル４の先端部は、角錐状とされており、複数のセグメント５０ａの傾斜面５６と面接触可能な複数の平面部４０を備えている。
【0043】
図６（ａ）の要部拡大図によく表れているように、割型パンチ５の先端部付近の外周面には、略環状の第１および第２の凸部５１，５２、これらの相互間に位置する第１の外面部５３、補助部形成部５４、および第２の外面部５７が設けられている。
ここで、第１および第２の凸部５１，５２は、伝熱管２の第１および第２の膨出部２０ａ，２０ｂを形成するための部位である。
ここで、第１および第２の凸部５１，５２は、伝熱管２の第１および第２の膨出部２０ａ，２０ｂを形成するための部位である。
【0044】
第１の外面部５３は、伝熱管２の圧接部２３を形成するための部位である。図６（ｃ）に示すように、複数のセグメント５０ａのそれぞれの第１の外面部５３は、曲率半径Ｒ３が同一に揃えられており、図７（ｃ）に示すように、伝熱管２を拡管する際には、拡縮変形可能部５０の中心からの距離Ｌｃが各所均一とされる断面円弧状である。
【0045】
第２の外面部５７は、伝熱管２の第１の周壁部２１を形成するための部位である。ただし、既述したように、第１の周壁部２１の内周面には、複数の第１および第２の曲面部２１ａ，２１ｂがある。このため、このようなことに対応すべく、複数のセグメント５０ａとしては、図６（ｄ）に示すように、２種類のセグメント５０ａ’，５０ａ”があり、これらには曲率半径が相違する２種類の第２の外面部５７（５７ａ，５７ｂ）が形成されて
いる。セグメント５０ａ’の第２の外面部５７ａは、図５に示した第１の曲面部２１ａに対応する断面円弧状の曲面であり、セグメント５０ａ”の第２の外面部５７ｂは、第２の曲面部２１ｂに対応する断面円弧状の曲面である。伝熱管２の拡管時においては、図７（ｄ）に示すように、拡縮変形可能部５０の中心から第２の外面部５７ａ，５７ｂのそれぞれへの距離Ｌａ，Ｌｂは、非同一とされる。
いる。セグメント５０ａ’の第２の外面部５７ａは、図５に示した第１の曲面部２１ａに対応する断面円弧状の曲面であり、セグメント５０ａ”の第２の外面部５７ｂは、第２の曲面部２１ｂに対応する断面円弧状の曲面である。伝熱管２の拡管時においては、図７（ｄ）に示すように、拡縮変形可能部５０の中心から第２の外面部５７ａ，５７ｂのそれぞれへの距離Ｌａ，Ｌｂは、非同一とされる。
【0046】
補助部形成部５４は、伝熱管２の既述した補助部２２を形成するための部位である。２種類のセグメント５０ａ’，５０ａ”は、第２の外面部５７および補助部形成部５４の形状およびサイズが相違するが、これ以外の部位の形状およびサイズは同一である。
【0047】
熱交換器ＨＥの製造に際しては、前記した割型パンチ５を使用し、図８（ａ）～（ｃ）に示すような手順で伝熱管２に拡管作業を施す。
【0048】
すなわち、まず図８（ａ）に示すように、ケース１の側壁部１０ａの孔部１１に伝熱管２の端部を挿通させた状態において、同図（ｂ）に示すように、割型パンチ５を伝熱管２の端部に挿入する。次いで、同図（ｃ）に示すように、割型パンチ５を拡大させ、伝熱管２の端部を拡管する。このことにより、図４および図５を参照して説明した拡管部２０を伝熱管２に設けることができ、伝熱管２を側壁部１０ａに固定（仮固定）させることもできる。その後は、割型パンチ５を元のサイズに戻してから、伝熱管２から引き抜き、伝熱管２の端部に、接続管体６の端部６０を嵌入させる。このような作業は、複数の伝熱管２のそれぞれに対して行なうが、割型パンチ５を複数用いることにより、前記した作業を複数の伝熱管２に対して同時に行なうことも可能である。前記した工程を終えた後には、先に述べたロウ付け部Ｂａ，Ｂｂを設けるためのロウ付け作業を行なう。
【0049】
本実施形態の熱交換器ＨＥによれば、図５（ｂ）に示したように、伝熱管２の第１の周壁部２１と、接続管体６の第２の周壁部６２とは、断面形状が相違し、第１の周壁部２１の複数の第１の曲面部２１ａが、第２の周壁部６２の外周面に部分接触した状態で嵌合している。このため、それら第１および第２の周壁部２１，６２どうしの嵌め合い公差である締め代が比較的大きい場合であっても、それらを比較的容易に（円滑に）嵌合させることが可能である。したがって、組み立て作業性をよくすることが可能である。
【0050】
また、第１および第２の周壁部２１，６２どうしは、部分接触しているため、それらの間には適度な摩擦力が生じることに加え、図５（ｂ）で示す接触部Ｐを等間隔で計３箇所有する３点接触状態とされている。したがって、伝熱管２に接続管体６を嵌合させた際に、接続管体６の安定的な仮保持が可能となり、たとえば伝熱管２への接続管体６のロウ付け作業を行なう前に、接続管体６が伝熱管２から不用意に脱落するといった虞を無くすことも可能である。
【0051】
本実施形態においては、伝熱管２に拡管処理を施して拡管部２０を形成する場合に、第１の周壁部２１が、接続管体６の第２の周壁部６２に対してある程度の締め代を生じるように形成すればよい。本実施形態とは異なり、第１および第２の周壁部２１，６２が、ともに断面中空円形状であって、同一断面形状である場合には、締め代が大きいと、これらの嵌合が困難となり、これを回避すべくそれらの嵌め合い公差を、範囲が狭い所定の寸法範囲内となるように精密に仕上げる必要がある。これに対し、本実施形態によれば、そのような必要性をなくし、または緩和することが可能であり、第１および第２の周壁部２１，６２の嵌め合い公差として、ある程度の締め代が生じるようにそれらのサイズを比較的ラフに仕上げればよい。したがって、製造作業の一層の容易化を図り、生産性を高めることが可能である。伝熱管２や接続管体６がステンレス製であって、たとえば銅製などのものと比較して各部の寸法精度を高めることが困難な場合には、本実施形態の前記した効果はより好ましいものとなる。
【0052】
拡管部２０の圧接部２３は、ケース１の側壁部１０ａに設けられた孔部１１の内周面に圧接している他、第１および第２の膨出部２０ａ，２０ｂは、側壁部１０ａの両側を挟んでいる。このため、側壁部１０ａに対する伝熱管２の固定（仮固定）を適切に行なうことができるとともに、孔部１１と伝熱管２との嵌合精度を良好とし、ロウ付け部Ｂａを適切なものとすることができる。
【0053】
また、伝熱管２の端部先端２５およびその近傍部分は、既述した第１の周壁部２１として拡管加工された部位であるため、このことによりこの部分の寸法精度も高めることも可能である。すなわち、第１および第２の膨出部２０ａ，２０ｂを伝熱管２の端部先端２５の近傍に形成すると、その反動として、端部先端２５およびその近傍部分の口径が縮小する虞があるが、本実施形態によれば、そのような虞を適切に解消することも可能である。
【0054】
一方、前記した熱交換器ＨＥの製造方法によれば、前記した拡管部２０の各所を、割型パンチ５を用いた一回の拡管作業によって適切に設けることが可能である。したがって、熱交換器ＨＥの生産性を高める上で好ましい。
【0055】
【0056】
図９（ａ）に示す実施形態においては、伝熱管２の第１の周壁部２１の内周面に、２つの第２の曲面部２１ｂが設けられて、２箇所の隙間Ｃが形成されており、かつ前記内周面の他の部分は、第１の曲面部２１ａとされている。このような構成は、同図（ｂ）に示すように、割型パンチ５Ａの６つのセグメント５０ａを、第２の曲面部２１ｂに対応する外面部を有する２つのセグメント５０ａ”と、第１の曲面部２１ａに対応する外面部を有する他の４つのセグメント５０ａ’とに区分することにより形成することが可能である。なお、マンドレル４としては、断面円形状のものが用いられている（他の図１０～図１２の実施形態も同様）。
本実施形態においては、第１および第２の周壁部２１，６２が、２つの接触部Ｐで接触しているに過ぎないものの、接触部Ｐは、第１および第２の周壁部２１，６２の中心を挟んで対向した配置にあるため、第１および第２の周壁部２１，６２どうしの嵌合状態を安定させる上で好ましいものとなっている。
本実施形態においては、第１および第２の周壁部２１，６２が、２つの接触部Ｐで接触しているに過ぎないものの、接触部Ｐは、第１および第２の周壁部２１，６２の中心を挟んで対向した配置にあるため、第１および第２の周壁部２１，６２どうしの嵌合状態を安定させる上で好ましいものとなっている。
【0057】
図１０（ａ）に示す実施形態においても、図９（ａ）と同様に、伝熱管２の第１の周壁部２１の内周面に、２つの第２の曲面部２１ｂが設けられて、２箇所の隙間Ｃが形成され、前記内周面の他の部位が第１の曲面部２１ａとされている。
ただし、このような構成を得るための割型パンチ５Ｂとして、同図（ｂ）に示すように、４分割状の複数のセグメント５０ｃを有するものが用いられている。それら複数のセグメント５０ｃのうち、２つのセグメント５０ｃ’は、第１の曲面部２１ａに対応する外面部を有し、かつ他の２つのセグメント５０ｃ”は、第２の曲面部２１ｂに対応する外面部を有している。
本実施形態においても、図９（ａ）の実施形態と同様に、第１および第２の周壁部２１，６２は、２つの接触部Ｐが、それらの中心部を挟んで対向した配置にあるため、安定した嵌合状態を確保することが可能である。
ただし、このような構成を得るための割型パンチ５Ｂとして、同図（ｂ）に示すように、４分割状の複数のセグメント５０ｃを有するものが用いられている。それら複数のセグメント５０ｃのうち、２つのセグメント５０ｃ’は、第１の曲面部２１ａに対応する外面部を有し、かつ他の２つのセグメント５０ｃ”は、第２の曲面部２１ｂに対応する外面部を有している。
本実施形態においても、図９（ａ）の実施形態と同様に、第１および第２の周壁部２１，６２は、２つの接触部Ｐが、それらの中心部を挟んで対向した配置にあるため、安定した嵌合状態を確保することが可能である。
【0058】
図１１（ａ）に示す実施形態においては、伝熱管２の第１の周壁部２１の内周面に、１つのみの第２の曲面部２１ｂが設けられ、かつ前記内周面の他の部分は、第１の曲面部２１ａとされている。このような構成は、同図（ｂ）に示すように、割型パンチ５Ｃとして、４つのセグメント５０ｃが用いられ、かつこれらのうち、１つのセグメント５０ｃ”が
、第２の曲面部２１ｂに対応する外面部を有し、他のセグメント５０ｃ’は、第１の曲面部２１ａに対応する外面部を有するものとして得ることが可能である。
本実施形態によれば、第１および第２の周壁部２１，６２は、複数箇所で点接触した構成にはないものの、第１の曲面部２１ａは、第２の周壁部６２の外周面に対してその全周の１／２以上の範囲にわたって面接触している。したがって、第１および第２の周壁部２１，６２どうしの嵌合状態を安定させる上で好ましい。
、第２の曲面部２１ｂに対応する外面部を有し、他のセグメント５０ｃ’は、第１の曲面部２１ａに対応する外面部を有するものとして得ることが可能である。
本実施形態によれば、第１および第２の周壁部２１，６２は、複数箇所で点接触した構成にはないものの、第１の曲面部２１ａは、第２の周壁部６２の外周面に対してその全周の１／２以上の範囲にわたって面接触している。したがって、第１および第２の周壁部２１，６２どうしの嵌合状態を安定させる上で好ましい。
【0059】
図１２に示す実施形態においては、接続管体６の端部６０が、伝熱管２の拡管部２０に外嵌されている。本実施形態の構成によれば、接続管体６の端部６０を、ケース１の側壁部１０ａよりもケース１の内方側に進入させることができない不利があるものの、このような構成を採用することも可能である。本実施形態の場合には、同図（ｂ）に示すように、伝熱管２の第１の周壁部２１の外周面の一部が、接続管体６の第２の周壁部６２の内周面に部分的に接触した構成となる。
【0060】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る熱交換器の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。本発明に係る熱交換器の製造方法の各工程の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において変更自在である。
【0061】
上述の実施形態においては、６つ、または４つのセグメントを備えた割型パンチを用いて拡管作業を行なっているが、セグメントの数はそれらに限定されない。また、複数のセグメントは、等角度間隔での配置となるようにそれらのサイズが均一に揃えられた構成することができるが、これとは異なり、複数のセグメントのそれぞれのサイズが非均一とされた構成とすることもできる。
本発明においては、伝熱管の拡管部の最先端位置（第１の周壁部よりもさらに端部先端側の位置）に、先拡がり状のフレア加工部をさらに形成した構成とすることも可能である。
本発明においては、伝熱管の拡管部の最先端位置（第１の周壁部よりもさらに端部先端側の位置）に、先拡がり状のフレア加工部をさらに形成した構成とすることも可能である。
【0062】
伝熱管は、全体が直管状のものに限らず、蛇行状、あるいは螺旋状などのものとすることもできる。上述の実施形態の胴パイプ３９も、本発明でいう伝熱管に含めることができる。熱交換器に具備されている複数の伝熱管の全てが、本発明の意図する構成とされていなくてもよく、一部の伝熱管の取付け構造が本発明の意図する構成であれば、本発明の技術的範囲に属することとなる。
【0063】
本発明に係る熱交換器は、逆燃焼式に限らず、たとえば正燃焼式のものとすることが可能であり、胴パイプを具備しない構成のものとすることもできる。また、熱交換器は、給湯装置用のものに限らない。加熱用媒体は、燃焼ガスに限らず、たとえばコージェネレーションシステムの高温の排ガスなどとすることもできる。
【符号の説明】
【0064】
ＨＥ 熱交換器
１ ケース
１０ａ 側壁部
１１ 孔部
２ 伝熱管
２０ 拡管部
２１ 第１の周壁部
２１ａ 第１の曲面部
２１ｂ 第２の曲面部
２３ 圧接部（拡管部の）
２５ 端部先端（伝熱管の）
５，５Ａ～５Ｃ 割型パンチ
５０ 拡縮変形可能部
５０ａ（５０ａ’，５０ａ”），５０ｃ（５０ｃ’，５０ｃ”） セグメント
５３ 第１の外面部
５７（５７ａ，５７ｂ） 第２の外面部
６ 接続管体
６０ 端部（接続管体の）
６２ 第２の周壁部
１ ケース
１０ａ 側壁部
１１ 孔部
２ 伝熱管
２０ 拡管部
２１ 第１の周壁部
２１ａ 第１の曲面部
２１ｂ 第２の曲面部
２３ 圧接部（拡管部の）
２５ 端部先端（伝熱管の）
５，５Ａ～５Ｃ 割型パンチ
５０ 拡縮変形可能部
５０ａ（５０ａ’，５０ａ”），５０ｃ（５０ｃ’，５０ｃ”） セグメント
５３ 第１の外面部
５７（５７ａ，５７ｂ） 第２の外面部
６ 接続管体
６０ 端部（接続管体の）
６２ 第２の周壁部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】