JPH1123070A - 集熱フィンと通水管との接合構造及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極めて簡単な構成で集熱フィンと通水管の接
合部の密着性を確実に保持し、熱交換あるいは熱伝導性
を良好に保持することのできる集熱フィンと通水管との
接合構造及びその方法を提供する。 【構成】 通水管に接合され、太陽光から得られた熱を
該通水管２０に直接に伝導させる集熱フィン１０との接
合構造であり、該集熱フィン１０には通水管２０の外周
を内部に保持するようにあてがわれる円弧状の保持部２
８が設けられ、この保持部２８の内壁にはさらに内側に
向けて突出する突出部３６が形成され、保持部２８内に
前記通水管２０を装着させた状態で外面側からこれら保
持部２８及びまたは通水管２０を圧接させて高密着接合
部３８を形成しつつ前記集熱フィンと通水管とを接合さ
せてなる。高密着接合部における密着性が確保され、熱
伝導率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建物屋根面等に架設さ
れる太陽光集熱器の集熱フィンとこれに接合される通水
管との接合構造及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】住宅の屋根の上に設置して太陽熱により
集熱部内の水を暖め、これを自然に、あるいは強制的に
循環させて貯湯部内に温水を蓄える機器として太陽熱利
用給湯システムが公知である。従来、太陽熱を集熱させ
るためのシリンダを備えた断熱箱を屋根上面に設置さ
せ、このシリンダ内に水を通水させて、該シリンダ内で
加温された湯を浴槽や給湯用に直接導入させて用いるこ
とが行なわれていた。一方、近時では集熱部と貯湯槽を
分離させ、屋根の上には集熱器のみを設置させて貯湯槽
は地上に置き、この間を配管させてポンプで強制的に循
環させ、貯湯槽に温水を蓄える方法も開示されている。
後者のシステムにおける集熱器は配管パイプに連通する
ヘッダ管に通水管を連通させ、この通水管の外面に集熱
用の薄板状のフィンを接合させ、このフィンの集熱作用
による熱を内部に通流する熱媒水または水と熱交換させ
て加温させる方法が知られている。図９は、このような
集熱フィンＦに円弧凹部Ｕを形成させ、この内側に金属
製等の通水管Ｐをあてがって、上下から型締め状に圧接
させ、接合させるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の集熱フィンと通水管との接合方法では、単に円弧状
凹部内に断面円形の通水管をあてがって縮径させながら
内側に絞るように圧接させるだけであるからその凹部内
面と通水管の外周面の密着性に欠ける部分が生じ、物理
的にも周方向に互いに回動したり、また、側面側から見
て密着が得られていないように透き間が目視できる部分
等があって、熱伝導率を著しく低下させることとなって
いた。また、通水管に用いられるパイプ材の直線性の精
度が悪かったり、運搬や取扱中に微妙な曲げを生じさせ
たりしている場合が多く、このため、円弧凹部にあてが
って長手方向に一様な高い密着性を確保することが困難
であった。また、電子ビーム溶接等を用いると設備が高
価と成りすぎるという問題があった。

【０００４】本発明は、かかる上記従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的は、極めて簡単な構成
で集熱フィンと通水管の接合部の密着性を確実に保持
し、熱交換あるいは熱伝導性を良好に保持することので
きる集熱フィンと通水管との接合構造及びその方法を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る集熱フィンと通水管との接合構造は、ヘ
ッダ管１２に連通された通水管２０と、この通水管２０
に接合されて、太陽光から得られた熱を該通水管２０に
直接に伝導させる集熱フィン１０との接合構造であり、
該集熱フィン１０には通水管２０の外周を内部に保持す
るようにあてがわれる円弧状の保持部２８が設けられ、
この保持部２８の内壁にはさらに内側に向けて突出する
突出部３６が形成され、保持部２８内に前記通水管２０
を装着させた状態で外面側からこれら保持部２８及びま
たは通水管２０を圧接させて高密着接合部３８を形成し
つつ前記集熱フィンと通水管とを接合させてなる集熱フ
ィンと通水管との接合構造から構成される。

【０００６】また、前記集熱フィン１０の保持部２８の
端縁３４には前記通水管２０を圧接屈曲させて同端縁３
４に嵌着させた屈曲嵌着部４４が設けられてなることと
しても良い。

【０００７】さらに、本発明に係る集熱フィンと通水管
との接合方法では、集熱フィン１０であって、内側に向
けて突出部３６を突出させた円弧状保持部２８の該内側
に通水管２０を装着させ、外面側から該円弧状保持部２
８及びまたは通水管２０を縮小させるように圧接させて
集熱フィン１０と通水管２０との密着接合を確保させる
ようにした集熱フィンと通水管との接合方法から構成さ
れる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の集熱フィンと通水管との
接合構造においては、ヘッダ管に連通された通水管と、
この通水管に接合されて、太陽光から得られた熱を該通
水管に直接に伝導させる集熱フィンとの接合構造であ
り、該集熱フィンには通水管の外周を内部に保持するよ
うにあてがわれる円弧状の保持部が設けられ、この保持
部の内壁にはさらに内側に向けて突出する突出部が形成
され、保持部内に前記通水管を装着させた状態で外面側
からこれら保持部及びまたは通水管を圧接させて高密着
接合部を形成しつつ前記集熱フィンと通水管とを接合さ
せている。集熱フィンにより太陽光を集熱してこれを直
接に通水管に伝導し、このときに通水管の内部に通流す
る熱媒水または水と熱交換してこの熱媒水または水を加
温、あるいは加熱し、所要の箇所に給湯するようにして
いる。したがって、集熱フィンと通水管との間に空気層
等があれば、断熱効果を生じさせて熱伝導率を低下させ
るから、損失を少なくするために、これらの間の密着性
を確保する必要がある。

【０００９】本発明では、集熱フィンの円弧状保持部の
内壁にさらに内側に突出部を突設形成させ、これを上下
からプレス圧接することにより最低限この突出部におい
て両者の密着接合性を確保している。しかも、周方向へ
空回り作用が生じないから密着接合位置が安定し、密着
性の安定保持が可能となる。集熱フィンの方の素材を通
水管の方の素材より硬度が高いものを用いれば、上下か
らプレス圧接したときに通水管の方が内部側に変形し、
集熱フィン側の変形を生じさせず、意匠上、あるいは嵌
着接合作用を確実にする点からも好ましい。実施例で
は、通水管が銅製、集熱フィンをアルミニウム製から構
成しているが、これらの素材自体は任意に構成して良
い。また、接合、嵌着作用を保持できれば良く、集熱フ
ィンの素材を通水管の素材より硬度が低いものを用いて
も良い。金属、軽金属、合金、合成樹脂素材、機能性の
素材その他の素材を用いても良い。通水管の数、径の大
小は任意に設定して良い。また、それにともなって接合
される集熱フィンの数も対応した数として配置される。

【００１０】製作に際しては、通水管を円弧状保持部内
に装着した状態で上下から圧接するだけで良いから、高
価な溶接機による溶接手法を用いることなく、安価な製
造コストで製作できる。集熱パネルのサイズにより通水
管の数は種々製作されるから、これに接合する集熱フィ
ンの数も対応する数とされ、任意である。プレス圧接す
る作業は、上下からの圧接に限らない。横、斜めからの
圧接によらしめても良い。圧接時に上下の型を同時に可
動とするか、いずれかのみを固定し、他を可動とするよ
うにしても良い。

【００１１】また、前記集熱フィンの保持部の端縁には
前記通水管を圧接屈曲させて同端縁に嵌着させた屈曲嵌
着部が設けられる方が好適である。プレスの上型、下型
により圧接プレス形態は異なるが、屈曲嵌着部は通水管
の下面側を押し潰して平面を形成させるようにするか
ら、通水管を押設して高密着接合部及び面状の接合を集
熱フィンと通水管の外面との間で行う一次圧接と、さら
に通水管の下面のみを圧接させて平面状にし、その両端
側で円弧状保持部の端縁を抱きこむように嵌着させる二
次圧接の工程に分けて作業を行なうようにしても良い。
また、一度に両方の工程を行なうようにしても良い。

【００１２】

【実施例】以下、添付図面に基づき本発明の好適な実施
例について説明する。図８には本発明にかかる集熱フィ
ンと通水管との接合構造を実施した集熱器８を建物の屋
根Ｒ上面に設置した例が示されており、地上にポンプを
設置させて集熱器８に対して配管パイプ１６ａを介して
熱媒水または水を循環させる一方、集熱器により加温あ
るいは加熱された熱媒水または水をパイプ１６ｂを介し
て蓄熱槽１７内の水を加温し給湯するようになってい
る。

【００１３】集熱器８は金属、軽合金、合成樹脂など軽
量で耐候性、耐久性の高い素材から構成され、上面を開
口させたやや浅い高さ幅の矩形の箱体１８を有してい
る。そしてこの箱体１８内に本発明にかかる集熱フィン
１０と、通水管１２との接合を行なった集熱パネル１４
を内蔵させている。

【００１４】図３は、箱体１８内に配置される集熱パネ
ル１４の平面図であり、実施例において、配管パイプ１
６ａあるいは１６ｂに連通されたヘッダ管１２が等間隔
に離隔して横方向に平行に配置され、これらの離隔間隔
にそれぞれのヘッダ管１２に略直交するように８個の断
面円形の通水管２０が同じく等間隔に連通配置されて、
固定されている。実施例においてヘッダ管１２及び通水
管２０は、酸化しにくく耐候性の高い銅製のパイプ材か
ら構成されている。ヘッダ管１２は、鋼管、ステンレス
管、合成樹脂管その他の任意のパイプ部材を用いて良
い。また、通水管も銅に限定されるものではないが、圧
接時に集熱フィンの突出部に当接し、変形して密着性を
確保するようにしているから、少なくとも該集熱フィン
の素材より硬度が低い素材を選択することとなる。通水
管及びこれに接合されるべき集熱フィンの数は集熱パネ
ルの大きさにより異なるから、対応して８個以上、或は
それ以下の数としても良い。

【００１５】そして、これらの各通水管２０に集熱フィ
ン１０が上面側から載せられるようにして配置され、接
合されている。図３において、８個の通水管のそれぞれ
には分割された複数の集熱フィン１０が密着状に隣接し
て設けられている。

【００１６】実施例 図２において、集熱フィン１０は、アルミニウム製から
なり、縦に細長くかつ、薄い肉厚の短冊状の四角板とし
て形成されている。実施例において例えば集熱フィン１
０の板厚は０．８ｍｍ程度のものが用いられている。各
集熱フィン１０は、図２に示すように左長辺縁は隣接の
集熱フィンの受段２４にかぶさるように山形部２２を形
成するとともに、右長辺縁は該山形部２２を受けるよう
に受段２４を形成させて設けられている。各通水管２０
及び集熱フィン１０により集熱フィン部２６が形成され
る。

【００１７】本発明にかかる接合構造は、ヘッダ管１２
に連通された通水管２０と、この通水管２０に接合され
て、太陽光から得られた熱を該通水管２０に直接に伝導
させる集熱フィン１０との接合構造にかかるものであ
る。図１において、集熱フィン１０の中央部には側面視
円弧状の保持部２８が設けられている。

【００１８】実施例において、円弧状保持部はフィン平
面部３０から隆起状に形成された円弧部３２と、この円
弧部３２から該フィン平面部３０に縁切り状に交差して
下端側を円弧状に突設させた突設縁３４と、を備えてい
る。突設縁３４は、必ずしも必要ないが、後述する屈曲
嵌着部を形成する上では製作上好ましい。

【００１９】図において、円弧状保持部２８の内壁には
内側に向けて突出部３６が突出形成されている。図１に
おいて、この突出部３６は、保持部２８の内壁から山形
状に略管の中心方向に向けて突設されており、長手方向
に条状に長く形成されている。この突出部３６は、条状
に長く連続的に設けられていなくとも良く、天井に散在
させるようにしても良いし、点線状に連続させるように
しても良い。大きさ、突出高さは任意に設定しても良
い。周状に複数個、等間隔でも非等間隔で設けても良
い。

【００２０】実施例において、この集熱フィン１０は、
アルミニウム型材から構成されており、保持部２８内に
通水管２０を装着させた状態で外面側からこれらの保持
部２８及び通水管２０を圧接させて接合させる。パイプ
管としての通水管２０を保持部２８の内側に装着させる
場合には端部側、あるいは横の開口側からパイプの先端
部を挿入させ、そのまま長手方向に貫入させて装着させ
る。

【００２１】このようにして、図５に示すように保持部
内に前記通水管を装着させた状態で外面側からこれら保
持部及び通水管を圧接させて高密着接合部３８を形成さ
せる。図５は、集熱フィン１０の円弧状保持部２８内に
通水管２０を貫入させた状態で上下の圧接型４０、４２
により圧接させた状態であり、銅製の通水管２０は圧接
によりアルミニウム製の集熱フィンの円弧状保持部２８
の内壁に押し付けられて面状に密着し、かつ、該保持部
２８に突出形成された突出部３６が当接する部分で凹状
に変形して該突出部３６付近で高い密着性を確保しつつ
接合している。したがって、この高密着接合部３８にお
いて少なくとも集熱フィンと通水管の外面が密着接合
し、熱伝導を確実に行なう。同時にこの部分で雌雄嵌合
状に噛み合っているから該通水管２０はこの円弧状保持
部２８内で周方向に回転することがない。よって、突出
部３６部分以外３７での通水管外面と集熱フィンの円弧
状保持部内壁との面状の密着接合状態が安定し、確実に
熱伝導さらに、パイプ内の熱媒水または水との熱交換作
用を行なわせることとなる。

【００２２】上下の圧接型の具体的形状は任意に設定し
て良い。例えば、図４に示す集熱フィン１０の本体側の
平坦部に接続される円弧部３２と略同一曲率またはやや
小径の円弧面を有する上圧接型４０を用いるようにして
も良い。また、下圧接型４２も突設縁３４側の円弧内壁
の曲率と略同一あるいはやや小径の型を用い、内側に絞
るような型締め操作を行なわせるようにする方が好適で
ある。

【００２３】実施例において、円弧状保持部２８の突設
下端縁には相互に内側に向けて対向するように終端突設
部４５が突設形成されている。これによって屈曲嵌着部
４４を形成するときに圧接される通水管の平面部の両端
側との嵌着食い込みが良好であり、密着嵌合性をより良
好にする。

【００２４】本実施例において、図６に示すように前記
集熱フィンの保持部の端縁、すなわち、実施例における
円弧部３２に連続し集熱フィンの平坦状本体部から下面
に突設した突設縁３４には、通水管２０を圧接屈曲させ
て同突設縁３４に嵌着させた屈曲嵌着部４４が嵌着形成
されている。

【００２５】屈曲嵌着部４４は、例えば図５に示す一次
型締め状態から、集熱フィン２８の円弧状保持部の突設
縁３４部分を保持、あるいはやや内側に圧接させるとと
もに、下圧接型４２を通水管２０の下面側から上方に向
けて圧接させることにより下端部分が直線状または滑ら
かな円弧状になる部分としての平面状部４６を形成させ
るとともに、同平面部の両端側が集熱フィンの円弧状保
持部２８の下端部である突設縁３４の外側に回り込み、
あるいは包むようにして屈曲し、これによって、屈曲嵌
着部４４を形成するものである。実際の圧接製作作業に
おいては図の破線示のように通水管２０の下面側は緩や
かな円弧状を形成するように形成される場合もある。

【００２６】この集熱フィンと通水管との接合構造を製
造するにあたっては、図１のように例えばアルミニウム
型材を用いて薄板長四角形状の本体中央部に長手方向に
長く円弧状保持部２８を上方に円弧状に隆起するように
形成させる。次に横方向の開口側からパイプ状の通水管
２０を差し込んで貫入させる。そして、図４のように集
熱フィンの円弧状保持部２８の内壁側に通水管２０をあ
てがって上下の圧接型を同時に、またはいずれかのみを
可動にして圧接させる。これによって、図５に示すよう
に、円弧状保持部内壁と通水管２０外壁面が面状に確実
に密着する。また、高密着接合部３８において、確実に
両者の密着が保持される。しかも突出部３６により通水
管が内部で空回り状に回転することがない。よって、密
着接合性を良好に、かつ安定して保持し、太陽熱の伝
導、及び熱交換を高効率に行なうものである。

【００２７】このように、集熱フィンには通水管の外周
を内部に保持するようにあてがわれる円弧状の保持部が
設けられ、この保持部の内壁にはさらに内側に向けて突
出する突出部が形成され、保持部内に前記通水管を装着
させた状態で外面側からこれら保持部及びまたは通水管
を圧接させて高密着接合部を形成しつつ前記集熱フィン
と通水管とを接合させるようにすることにより、最低
限、突出部と通水管外面で形成される高密着接合部にお
いては確実に密着性が確保されるから、単に円弧面どう
しの接合形態に比較して良好な熱伝導効率を得ることが
実験的にも証明されている。

【００２８】集熱フィン１０と、通水管２０との接合に
ついての方法は、集熱フィンであって、内側に向けて突
出部を突出させた円弧状保持部の該内側に通水管を装着
させ、外面側から該円弧状保持部及びまたは通水管を縮
小させるように圧接させて集熱フィンと通水管との密着
接合を確保させるようにした集熱フィンと通水管との接
合方法である。

【００２９】本発明の集熱フィンと通水管との接合構造
及びその方法は、上記実施例構成に限られるものではな
く、特許請求の範囲に記載した発明の本質を逸脱しない
範囲において任意の改変を加えても良いものである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の集熱フィ
ンと通水管との接合構造を、ヘッダ管に連通された通水
管と、この通水管に接合されて、太陽光から得られた熱
を該通水管に直接に伝導させる集熱フィンとの接合構造
であり、該集熱フィンには通水管の外周を内部に保持す
るようにあてがわれる円弧状の保持部が設けられ、この
保持部の内壁にはさらに内側に向けて突出する突出部が
形成され、保持部内に前記通水管を装着させた状態で外
面側からこれら保持部及びまたは通水管を圧接させて高
密着接合部を形成しつつ前記集熱フィンと通水管とを接
合させてなることとしたので、簡易な製作工程により、
しかも集熱フィンと通水管との高い密着接合性を保持し
て熱伝導効率を確実に向上させることが可能である。ま
た、製作工程においてはハンダ付け、ロー付け、抵抗溶
接、エレクトロスラグ溶接、高周波溶接機等の高価な溶
接機を用いることなく、単にプレス機械のみで良いか
ら、製作コストが低廉であるのみならず、製作時間も非
常に短時間で行なうことが可能であるという効果を奏す
る。

【００３１】また、前記集熱フィンの保持部の端縁には
前記通水管を圧接屈曲させて同端縁に嵌着させた屈曲嵌
着部が設けられてなることとしているので、円弧状保持
部において集熱フィンにより通水管を内部に保持した状
態で圧接するだけでなく、通水管が外面側となって集熱
フィン側を嵌着させることとなり、端縁部分においても
両者の密着接合性を向上させるとともに、両者の嵌合を
確実にして集熱フィン部全体の強度を向上させることが
可能である。しかも、集熱フィンと通水管との周方向の
空回り作用を完全になくすることができ、密着接合状態
の確保を確実に保持することが可能となる。

【００３２】さらに、本発明の集熱フィンと通水管との
接合方法では、集熱フィンであって、内側に向けて突出
部を突出させた円弧状保持部の該内側に通水管を装着さ
せ、外面側から該円弧状保持部及びまたは通水管を縮小
させるように圧接させて集熱フィンと通水管との密着接
合を確保させるようにしたので、簡易な製作工程によ
り、しかも集熱フィンと通水管との高い密着接合性を保
持して熱伝導効率を確実に向上させることが可能であ
る。また、製作工程においてはハンダ付け、ロー付け、
抵抗溶接、エレクトロスラグ溶接、高周波溶接機等の高
価な溶接機を用いることなく、単にプレス機械のみで良
いから、製作コストが低廉であるのみならず、製作時間
も非常に短時間で行なうことが可能であるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る集熱フィンと通水管との
接合構造の集熱フィンの要部断面説明図である。

【図２】同集熱フィンの隣接配置態様を示す正面概略構
成説明図である。

【図３】本発明の接合構造を実施する集熱パネルの平面
説明図である。

【図４】実施例の集熱フィンと通水管との接合構造の接
合前の状態を示した要部拡大正面説明図である。

【図５】集熱フィンと通水管との接合後の状態を示した
要部拡大正面説明図である。

【図６】それらの接合後、さらに高密着接合部を形成さ
せた状態の要部拡大正面説明図である。

【図７】集熱フィンと通水管との接合後の集熱フィン部
の概略正面構成説明図である。

【図８】実施例の接合構造を実施させた集熱器を建物屋
根面上に配置させた給湯システム概略構成斜視図であ
る。

【図９】従来の集熱フィンと通水管との接合構造の概略
構成説明図である。

【図１０】同じく従来の集熱フィンと通水管との接合構
造の概略構成説明図である。

【符号の説明】

１０ 集熱フィン １２ ヘッダ管 ２０ 通水管 ２８ 円弧状保持部 ３４ 突設縁 ３６ 突出部 ３８ 高密着接合部 ４４ 屈曲嵌着部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘッダ管に連通された通水管と、この通
   水管に接合されて、太陽光から得られた熱を該通水管に
   直接に伝導させる集熱フィンとの接合構造であり、 該集熱フィンには通水管の外周を内部に保持するように
   あてがわれる円弧状の保持部が設けられ、 この保持部の内壁にはさらに内側に向けて突出する突出
   部が形成され、保持部内に前記通水管を装着させた状態
   で外面側からこれら保持部及びまたは通水管を圧接させ
   て高密着接合部を形成しつつ前記集熱フィンと通水管と
   を接合させてなる集熱フィンと通水管との接合構造。
2. 【請求項２】 前記集熱フィンの保持部の端縁には前記
   通水管を圧接屈曲させて同端縁に嵌着させた屈曲嵌着部
   が設けられてなる請求項１記載の集熱フィンと通水管と
   の接合構造。
3. 【請求項３】 集熱フィンであって、内側に向けて突出
   部を突出させた円弧状保持部の該内側に通水管を装着さ
   せ、 外面側から該円弧状保持部及びまたは通水管を縮小させ
   るように圧接させて集熱フィンと通水管との密着接合を
   確保させるようにした集熱フィンと通水管との接合方
   法。