JP2005156033A

JP2005156033A - 給湯器の熱交換器用フィン、及びこれを備える給湯器用熱交換器

Info

Publication number: JP2005156033A
Application number: JP2003395478A
Authority: JP
Inventors: Mina Shibamiya; 美奈芝宮; Hiroshi Shinozaki; 浩篠崎
Original assignee: Housetec Inc
Current assignee: Housetec Inc
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】下段側の伝熱管内部への伝熱量を増やして熱効率を向上させる給湯器の熱交換器用フィン及びこれを備える給湯器用熱交換器を提供する。
【解決手段】複数の伝熱管挿通穴２１，２２が上下二段に千鳥状に配列される熱交換器用フィン１１における下段側に位置する伝熱管挿通穴２１，２１，２１，２１，の上部両側に、下方から上昇する燃焼ガスの流れを下段側の伝熱管挿通穴２１に挿通される伝熱管の上面側の方向に導く突起４１，４１を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯器の熱交換器用フィン及びこれを備える給湯器用熱交換器に関する。

図５に示すように給湯器６は、主に熱交換器５と燃焼部６２及び配管（蛇管）５２などで構成され、熱交換器５の内部には図６（ａ）及び（ｂ）に示すように複数の熱交換器用フィン１５が整列して配置され、この熱交換器用フィン１５に対して垂直に複数本の伝熱管５３１，５３２が挿通される。また、図５に示す燃焼部６２の内部には熱源となるバーナ６２１が設置され、冷媒である水は、配管（蛇管）５２から熱交換器５内の伝熱管５３１，５３２（図６（ａ）及び（ｂ）に示す）を通りバーナ６２１の燃焼によって暖められて湯となり供給される。
上記の熱交換器用フィン１５はプレートフィン型で、これを用いた熱交換器５をフィンチューブ式熱交換器と称している。

従来における給湯器の熱交換器用フィンを図８に示し、熱交換器用フィン１５には、図６中に示した伝熱管５３１，５３２を挿通するための伝熱管挿通穴２１と２２を上下二段に千鳥状に配設して下段側の伝熱管挿通穴２１と、上段側の伝熱管挿通穴２２とが設けられ、下段側の隣接する伝熱管挿通穴２１と２１同士の間には、熱交換器用フィン１５の下端から上段側の伝熱管挿通穴２２の下方に至る切欠き３３が設けられる。

一方、従来の熱交換器用フィンとして、熱交換用通水パイプ（伝熱管）挿通用の穴を、上下方向には同一直線状に二段に配置するとともに、水平方向にも同一直線状に一定間隔で複数列に配し、上段側の熱交換用通水パイプ挿通穴の中間部にバーリング穴を形成したもの（特許文献１参照）と、水管（伝熱管）挿通用穴を上下交互に配置し、下段側の水管挿通用穴の上方で、下段側の水管挿通用穴と上段側の隣接し合う水管挿通用穴とのほぼ中間にバーリングを形成したもの（特許文献２参照）が知られている。
そして、前者は上昇する熱気がバーリング穴の抵抗により側方へ迂回され上段側の熱交換用通水パイプに当たって吸熱が促進され、後者はバーリングが排気ガス又は燃焼熱が集中する箇所に位置することによりバーリングが充分に加熱され、このバーリングの熱伝導によってまわりの水管（伝熱管）に均一に熱を伝えるものである。
特開平６−１０９３９１号公報実開平３−９３３６０号全文

熱交換器用フィンに設ける伝熱管を、上下方向及び水平方向に同一直線状に等間隔に配置する特許文献１記載のような形態の正方配管方式では、下段側の伝熱管の間を通った燃焼ガスは上段側の伝熱管の間をも通り過ぎてしまうのに対し、伝熱管を水平方向に同一直線状に等間隔に配置し、上下方向で互い違いに配置する特許文献２記載のような形態の千鳥状配管では、下段側の伝熱管の間を通り抜けた燃焼ガスは上段側の伝熱管に当たり、上段側の伝熱管の側方を通るため、正方配管方式よりも千鳥状配管の方が、上段側の伝熱管に燃焼ガスが当たることにより熱の伝わりが良い。

そこで、伝熱管を上下二段に千鳥状に配した図８に示す形態の熱交換器用フィン１５を使用した熱交換器の内部を通る燃焼ガスの流れの本発明者らの検証によると、図９に示すように燃焼ガスは下段側の伝熱管５３１に当たり隣接する下段側の伝熱管５３１の間を通り、上段側の伝熱管５３２に当たって上方に抜けていく。このとき、燃焼ガスは下段側の伝熱管５３１の上面側（図中ａ部）を通らないので、燃焼ガスのａ部での伝熱量は少なく、熱交換器用フィン１５は有効に使われていないことが判った。

そして、特許文献１に開示される上段側の熱交換用通水パイプ挿通穴の中間部にバーリング穴を形成したものでは、上段側の伝熱管に燃焼ガスは当たるものの下段側の伝熱管にはあまり当たらないため下段側の伝熱管内への伝熱量は向上されず、また、特許文献２に開示される下段側の水管挿通用穴の上方で、下段側の水管挿通用穴と上段側の隣接し合う水管挿通用穴とのほぼ中間にバーリングを形成したものは、図８に示した熱交換器用フィン１５と同様に燃焼ガスは下段側の伝熱管の上側を通らないので、燃焼ガスのａ部での伝熱量は少なくなっていた。

本発明は、下段側の伝熱管の上面側方向へと燃焼ガスを導くことにより、下段側伝熱管内部への伝熱量を増やして熱効率を向上させる給湯器の熱交換器用フィン、及びこれを備える給湯器用熱交換器を提供しようとするものである。

（１）複数の伝熱管挿通穴が上下二段に千鳥状に配列される熱交換器用フィンであって、下段側の伝熱管挿通穴の上部両側に、下方から上昇する燃焼ガスの流れを下段側の伝熱管挿通穴に挿通される伝熱管の上面側の方向に導く突起を設けてなる給湯器の熱交換器用フィン。
（２）突起が、下段側の伝熱管挿通穴両端の延長線上に設けられている上記（１）記載の給湯器の熱交換器用フィン。
（３）下段側の隣接する伝熱管挿通穴同士の間に、フィンの下端から上段側の伝熱管挿通穴の下方に至る切欠きを設けてなる上記（１）又は（２）記載の熱交換器用フィン。
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載の熱交換器用フィンが所定間隔で複数枚並設され、各熱交換器用フィンの伝熱管挿通穴に伝熱管を挿通固定してなる給湯器用熱交換器。
（作用）

図１（ａ）に示すように、上下二段に複数の伝熱管挿通穴２１、２２を千鳥状に配列する熱交換器用フィン１１の下段側に位置する伝熱管挿通穴２１，２１，２１，２１のそれぞれ上部両側に、図１（ｃ）に示すような丸バーリング穴、楕円バーリング穴、円ダボ形状又は楕円ダボ形状などの突起４１，４１を設ける。
上記突起４１，４１が設けられた熱交換器用フィンを使用した熱交換器の内部を通る燃焼ガスの流れを図４により説明すると、熱交換器用フィン１１の下方から流れる燃焼ガスは、図１（ａ）中に示した伝熱管挿通穴２１、２２にそれぞれ挿通される下段側の伝熱管の５３１に当たって隣接する下段側の伝熱管５３１と５３１同士の間を通り、突起４１と上段側の伝熱管５３２に当たる。そして、突起４１に当たった燃焼ガスは、一方は上段側の伝熱管５３２の側面を通り、他方は下段側の伝熱管５３１の上側（図中に示すａ部）を通り、ａ部を通った燃焼ガスから下段側の伝熱管５３１内の冷媒に熱を伝える。

本発明による熱交換器用フィンは、下段側の伝熱管挿通穴の上部両側に、下方から上昇する燃焼ガスの流れを下段側の伝熱管挿通穴に挿通される伝熱管の上面側の方向に導く突起を設けており、この突起により熱交換器用フィンの下方から上昇して流れる燃焼ガスが下段側の伝熱管の上面側（上側）付近を通るため、下段側の伝熱管内部の冷媒に伝わる熱量が増える。

本発明の給湯器の熱交換器用フィンによれば、熱交換器用フィンの下段側の伝熱管挿通穴に挿通される伝熱管内部の冷媒に伝わる熱量が増えて、熱交換器用フィンの寸法を大きくすることなく熱交換器の熱効率を上げることができる。

本発明に述べる熱交換器用フィンにおける下段側の伝熱管挿通穴の上部両側に設ける突起は、燃焼ガスがより下段側の伝熱管の上面側付近を通るように、下段側の伝熱管挿通穴両端の延長線上で、下段側と伝熱管挿通穴と上段側の伝熱管挿通穴との中央付近に設けるのが好ましい。

本発明に述べる熱交換用フィンの下段側の隣接する伝熱管挿通穴同士の間には、フィンの下端から上段側の伝熱管挿通穴の下方に至る切欠きを設けるようにするのが好ましい。

本発明による熱交換器用フィンは、熱交換器用フィンを複数枚平行に並設し、下段側の伝熱管挿通穴と上段側の伝熱管挿通穴とに熱交換器用フィンの正面に垂直に貫通するようにそれぞれ伝熱管を挿通して熱交換器を構成する。

以下、図１〜図３を参照しながら本発明の熱交換器用フィンを具体的に説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施例による熱交換器用フィンの正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中に示すＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）中に示すＢ−Ｂ拡大断面図である。
図１（ａ）において、熱交換器用フィン１１は、下段側の水平方向に４個の伝熱管挿通穴２１と上段側の水平方向に３個の伝熱管挿通穴とを千鳥状に配置し、熱交換器用フィン１１上部の二個所に円弧状の切起し３１，３１を、熱交換器用フィン１１の左右両端部に切起し３２，３２を、熱交換器用フィン１１下部の三箇所にフィンの下端から上段側の伝熱管挿通穴２２の下方に至る切欠き３３，３３，３３を設けた。上記の円弧状の切起し３１の位置はそれぞれ下段側の伝熱管挿通穴２１の中心線上とした。

下段側の伝熱管挿通穴２１，２１，２１，２１のそれぞれの上部両側には、下段側の伝熱管挿通穴２１と上段側の伝熱管挿通穴２２との中央付近に、図１（ｃ）に示す断面形状の丸バーリング穴からなる突起４１（径６ｍｍ）を設けた。

上記突起４１は図１に示した形状の他、図２（ａ）に示す楕円バーリング穴、図２（ｂ）に示す円ダボ形状、あるいは図２（ｃ）に示す楕円ダボ形状等、燃焼ガスを、下段側の伝熱管挿通穴２１に挿通される伝熱管の上面側の方向に導く形状のものであればよい。
なお、図２（ａ）〜（ｃ）中のＢ−Ｂ断面による拡大断面図を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。

実施例において、熱交換器用フィン１１は、板厚０．３ｍｍ、高さ寸法５４ｍｍ、幅寸法１２６ｍｍの外形に形成し、下段側の各伝熱管挿通穴２１及び上段側の各伝熱管挿通穴２２のピッチはそれぞれ３３ｍｍ、伝熱管挿通用穴２１と２２の穴径は１６．２ｍｍとした。

図１に示した熱交換器用フィン１１をフィンピッチ２．６ｍｍで７７枚並設し、各熱交換器用フィン１１の下段側の伝熱管挿通穴２１と上段側の伝熱管挿通穴２２を貫通するように伝熱管を挿通して、図５に示す熱交換器５を構成した。

上記で説明した熱交換器用フィンを設けた給湯器の熱効率を測定したところ、図８に示した突起のない熱交換器用フィン１５に比べて熱効率が３％程度向上した。

本発明の一実施例による熱交換器用フィンを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ拡大断面図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１と別実施例による熱交換器用フィンの正面図である。（ａ）は図２（ａ）中のＢ−Ｂ拡大断面図、（ｂ）は図２（ｂ）中のＢ−Ｂ拡大断面図、（ｃ）は図２（ｃ）中のＢ−Ｂ拡大断面図である。本発明の熱交換器用フィンを使用した熱交換器内部の燃焼ガスの流れを示す説明図である。給湯器の構造を示す説明断面図である。（ａ）は図７に示す熱交換器のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図７に示す熱交換器のＢ−Ｂ断面図である。熱交換器の斜視図である。従来例による熱交換器用フィンの正面図である。図８に示した熱交換器用フィンを使用した熱交換器内部の燃焼ガスの流れを示す説明図である。

符号の説明

１１熱交換器用フィン１５熱交換器用フィン（従来例）
２１伝熱管挿通穴（下段側）２２伝熱管挿通穴（上段側）
３１切起し３２切起し
３３切欠き４１突起
５熱交換器５１外胴
５２蛇管５３１伝熱管（下段側）
５３２伝熱管（上段側）６給湯器
６１外装６２燃焼部
６２１バーナ６３排気室
７０水の流れ７１燃焼ガスの流れ

Claims

複数の伝熱管挿通穴が上下二段に千鳥状に配列される熱交換器用フィンであって、下段側の伝熱管挿通穴の上部両側に、下方から上昇する燃焼ガスの流れを下段側の伝熱管挿通穴に挿通される伝熱管の上面側の方向に導く突起を設けてなる給湯器の熱交換器用フィン。
突起が、下段側の伝熱管挿通穴両端の延長線上に設けられている請求項１記載の給湯器の熱交換器用フィン。
下段側の隣接する伝熱管挿通穴同士の間に、フィンの下端から上段側の伝熱管挿通穴の下方に至る切欠きを設けてなる請求項１又は請求項２記載の熱交換器用フィン。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱交換器用フィンが所定間隔で複数枚並設され、各熱交換器用フィンの伝熱管挿通穴に伝熱管を挿通固定してなる給湯器用熱交換器。