JP2005315520A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チューブ内を流通する流体とチューブ間に介在されるフィン領域を流通する高温の気体との間で熱交換を行う熱交換器に関するものであり、給湯器用の熱交換器に用いて好適である。 The present invention relates to a heat exchanger that performs heat exchange between a fluid flowing in a tube and a high-temperature gas flowing in a fin region interposed between the tubes, and is used for a heat exchanger for a water heater. Is preferred.
従来の熱交換器として、例えば、特許文献1に示されるものが知られている(図12、図13)。即ち、この熱交換器は、複数積層されるチューブ110の間にフィン120が介在されており、チューブ110内を流通する流体と、フィン120の配置される領域を上方から下方に向かって流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行うものとしている。
As a conventional heat exchanger, for example, the one shown in Patent Document 1 is known (FIGS. 12 and 13). That is, in this heat exchanger,
ここでは、チューブ110の表面に突起部を設け、この突起部が燃焼ガスの流通方向に隙間δを持って離散的に並ぶようにしている。具体的には、例えばフィン120をオフセットフィンとし、上記突起部を千鳥配置されるセグメント124で形成するようにしている。
Here, protrusions are provided on the surface of the
これにより、熱交換時に燃焼ガスから生成される凝縮水の膜が、隙間δによって細かく分断されるので、セグメント124に付着した凝縮水の膜厚が大きくなるのを防止して、凝縮水による熱抵抗の増大を抑制するようにしている。
しかしながら、フィン120は、チューブ110表面の平面部を形成する領域内に設けられるようにしているので、フィン120から排出されようとする凝縮水は、フィン120の下端部から隣接するチューブ110の下端部に繋がるように膜を張り(図12中の下側)、詰まりを起こしやすいという問題があった。
However, since the
本発明の目的は、上記問題に鑑み、フィンの下端部において熱交換時に生成される凝縮水が詰まるのを抑制できる熱交換器を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a heat exchanger that can suppress clogged condensate generated at the time of heat exchange at the lower end of the fin.
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
請求項1に記載の発明では、内部に流体通路を形成すると共に、積層配置される複数のチューブ(110)と、複数のチューブ(110)の間に介在されて、伝熱面積を増大するフィン(120)とを備え、フィン(120)の領域を上方から下方に向かって水蒸気を含む高温の気体が流れ、チューブ(110)の流体通路内に高温の気体より低温となる低温の流体を流通させて、高温の気体から顕熱のみならず凝縮潜熱をも回収して低温の流体を加熱する熱交換器であって、フィン(120)の高温の気体の出口側には、チューブ(110)の表面と非接触となって下方へ延設される延設部(121)が設けられ、且つ、延設部(121)には、フィン(120)の表面から突出する突出部(122、123)が設けられたことを特徴としている。 According to the first aspect of the present invention, the fluid passage is formed in the interior, the plurality of tubes (110) arranged in a stack, and the fins interposed between the plurality of tubes (110) to increase the heat transfer area. (120), and a high-temperature gas containing water vapor flows through the fin (120) from the top to the bottom, and a low-temperature fluid having a temperature lower than that of the high-temperature gas flows in the fluid passage of the tube (110). A heat exchanger that collects not only sensible heat but also latent heat of condensation from a high-temperature gas to heat a low-temperature fluid, and a tube (110) is provided at the high-temperature gas outlet side of the fin (120). An extended portion (121) that extends downward in a non-contact manner with the surface of the fin is provided, and the extended portion (121) has a protruding portion (122, 123) that protrudes from the surface of the fin (120). ) There.
これにより、熱交換時にフィン(120)の表面で高温の気体から生成される凝縮水は、そのままフィン(120)の表面を伝わって流れ落ち、フィン(120)の延設部(121)に至るので、非接触と成るチューブ(110)との間で膜を張ることが無い。 As a result, the condensed water generated from the high-temperature gas on the surface of the fin (120) during heat exchange flows down the surface of the fin (120) as it is, and reaches the extended portion (121) of the fin (120). The membrane is not stretched between the tube (110) which becomes non-contact.
そして、凝縮水は突出部(122、123)によって、点あるいは線で接触することになるので、延設部(121)内での付着、膜張りが抑えられて、スムースに落下していくようになり、凝縮水の詰まりが抑制される。よって、高温の気体の流通抵抗が増大するのを抑えて熱交換効率の悪化を防止することができる。 The condensed water comes into contact with the protrusions (122, 123) at points or lines, so that adhesion and film tension in the extended portion (121) are suppressed, and the condensed water falls smoothly. And clogging of condensed water is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the heat exchange efficiency from deteriorating by suppressing an increase in the flow resistance of the high-temperature gas.
そして、請求項1における突出部(122、123)は、請求項2に記載の発明のように、ルーバ(122)として容易に形成することができる。
And the protrusion part (122,123) in Claim 1 can be easily formed as a louver (122) like the invention of
また、突出部(122、123)は、請求項3に記載の発明のように、フィン(120)の表面から切り起こされて形成される切り起こし部(123)としても良い。 Further, the protruding portions (122, 123) may be cut and raised portions (123) formed by being cut and raised from the surface of the fin (120), as in the third aspect of the invention.
本熱交換器は、請求項4に記載の発明のように、高温の気体を燃焼ガスとし、また、低温の流体を給湯水として、この給湯水を加熱する給湯器用の熱交換器(100)に用いて好適である。
As in the invention according to
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment description mentioned later.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図7に示す図面に基づいて説明する。尚、図1は熱交換器100を示す側面図、図2は図1のA方向から見た矢視図(平面図)、図3は図1のB方向から見た矢視図(左側面図)、図4は図3のC−C部における断面図、図5は図4のD方向から見た矢視図、図6は燃焼ガス風速に対するコア部100aの通風抵抗における本実施形態の効果を示すグラフ、図7は燃焼ガス風速に対するコア部100aの熱伝達率における本実施形態の効果を示すグラフである。
(First embodiment)
1st Embodiment of this invention is described based on drawing shown in FIGS. 1 is a side view showing the
本発明の熱交換器100は、図示しない給湯器に使用されものであり、ケース部材の中に配設される。この熱交換器100においては、熱交換器100のコア部100aを流通する燃焼ガス(本発明における高温の気体に対応)と、熱交換器100(チューブ110)内を流通する給湯水(本発明における低温の流体に対応)との間で熱交換が行われ、給湯水が加熱されるようになっている。
The
因みに、給湯器には1次熱交換器が設けられており、本熱交換器100は、この1次熱交換器の上側に配置され、2次熱交換器として機能する。即ち、ガスバーナによって発生され、1次熱交換器を通過した後の燃焼ガスがケース部材に導入され、熱交換器100に供給されるようになっており、また、給湯水は熱交換器100を流通した後に1次熱交換器に供給されるようになっている。よって、給湯水は、熱交換器100で予め加熱され、1次熱交換器で更に加熱されて、湯として使用されることに成る。尚、熱交換器100を流通した燃焼ガスは、ケース部材から給湯器の本体部に設けられたガス排出口から外部へ排出される。
Incidentally, the water heater is provided with a primary heat exchanger, and the
熱交換器100は、図1〜図4に示すように、複数のチューブ110をアウターフィン(以下、フィン)120と共に積層して構成されるいわゆるドロンカップタイプの熱交換器としている。尚、この熱交換器100を構成する各部材(以下で説明)は、すべてステンレス系の材料としており、各部材が熱交換器100の形状に組み立てられた後に、一体的にろう付け接合されている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
チューブ110は、一対のチューブプレート111、112から成り、両チューブプレート111、112の外周部に設けられたフランジ部111a、112aで互いに当接して接合されている。両チューブプレート111、112の長手方向の両端側は、中間領域よりも深く絞り加工されており、チューブ110として中間領域に扁平管部110aが、両端側にそれぞれ第1タンク部110b、第2タンク部110cが形成されている。
The
尚、チューブ210の扁平管部210aの内部(本発明における流体通路に対応)には、伝熱面積を増大すると共に内部を流通する給湯水に乱流効果を与える断面凹凸状のインナーフィン160(図4)が挿入されている。因みに、このインナーフィンは、凹凸状断面がオフセットされて並ぶように形成されるいわゆるオフセット型フィンとしている。
In addition, in the inside of the flat tube portion 210a of the tube 210 (corresponding to the fluid passage in the present invention), an
そして、複数のチューブ110は、第1タンク部110b同士、第2タンク部110c同士が連通するように積層されている。よって、複数の扁平管部110aは、各第1タンク部110b、第2タンク部110cを介して、それぞれ連通している。
The plurality of
フィン120は、断面が波形に形成され、放熱面に複数のルーバ122が設けられたコルゲートタイプのフィンであり、各チューブ110の扁平管部110a間に介在されている。そして、扁平管部110aとフィン120とによって、コア部(熱交換部)100aが形成される。尚、本発明においては、このフィン120の形状に特徴を持たせており、詳細については後述する。
The
そして、チューブ110の積層方向の一方の端部には、給湯口130および出湯口140が設けらており、給湯口130は第1タンク部110bに連通するように接続され、出湯口140は第2タンク部110cに連通するように接続されている。また、積層方向の両端に配置されるチューブ110の第1タンク部110b、第2タンク部110cに対応する領域には、補強プレート150が設けられている。
A hot
この熱交換器100は、チューブ110の積層方向および長手方向が略水平方向となる姿勢で使用され、燃焼ガスがフィン120領域の上方から下方に向けて供給されるようにしている(図1、図3)。本発明においては、上記フィン120の燃焼ガスの出口側に、チューブ110の表面と非接触となって下方に延設される延設部121を設けるようにしており、更に、この延設部121には、本発明における突出部を成すルーバ122が形成されるようにしている。尚、ここでは延設部121は、チューブ110のフランジ部111a、112aの下端部よりも更に下側まで延びるようにしている。
The
次に、上記構成に基づく熱交換器100の作動およびその作用効果について説明する。給湯水は、熱交換器100の給湯口130から第1タンク部110bに流入し、各チューブ110の扁平管部110aを流れて、第2タンク部110cから出湯口140を通って流出する。
Next, the operation of the
一方、燃焼ガス(1次熱交換器通過後の200℃レベルの燃焼ガス)は、図示しないケース部材に導入されて熱交換器100のコア部100aを上方から下方に向けて通過し、給湯器のガス排出口から外部に排出される。
On the other hand, the combustion gas (combustion gas at 200 ° C. after passing through the primary heat exchanger) is introduced into a case member (not shown) and passes through the
燃焼ガスは、コア部100aを通過する際に給湯水との熱交換を行い、給湯水を加熱する。この時、燃焼ガスは、少なくともコア部100aの出口側で露点温度以下(例えば30〜50℃)まで温度低下して凝縮する。即ち、この熱交換器100は、燃焼ガスの顕熱だけでなく、燃焼ガスが凝縮する際に放出される潜熱をも吸収して給湯水を加熱することができる。
When the combustion gas passes through the
本発明においては、熱交換時に主にフィン120の表面で燃焼ガスから生成される凝縮水は、そのままフィン120の表面を伝わって流れ落ち、フィン120の延設部121に至るので、非接触と成るチューブ110との間で膜を張ることが無い。
In the present invention, the condensed water generated from the combustion gas mainly on the surface of the
そして、凝縮水は、図5に示すように、ルーバ122によって、点あるいは線で接触することになるので、延設部121内での付着、膜張りが抑えられて、スムースに落下していくようになり、凝縮水の詰まりが抑制される。よって、燃焼ガスがコア部100aを流通する際の通風抵抗が増大するのを抑えて熱交換効率の悪化を防止することができる。
Then, as shown in FIG. 5, the condensed water comes into contact with the
図6、図7は、フィン120に延設部121を有さない従来技術と、延設部121(ここでは延設部121の長さを14mmとした)およびこの延設部121にルーバ122を設けた本発明との燃焼ガス風速に対するコア部100aの通風抵抗、熱伝達率を比較したものである。本発明においては、常用領域(燃焼ガス風速2.9m/s)で、通風抵抗を40%低減でき、熱伝達率を44%向上させることができた。
6 and 7 show a conventional technique in which the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図8、図9に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、フィン120の仕様、突出部の形状および延設部121の長さを変更したものとしている。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the second embodiment, the specification of the
ここでは、フィン120は、断面が凹凸状に形成されるストレートフィンをベースにして、このフィン120のチューブ110に当接する面に、三角状に切り起こすことで形成される切り起こし部(以下、ウイングと呼ぶ)123を設けたものとしている(図9)。
Here, the
そして、上記第1実施形態と同様に延設部121を設け、この延設部121にウイング(本発明における突出部に対応)123が形成されるようにしている。尚、延設部121の下端部位置は、チューブ110のフランジ部111a、112aの下端部位置に合わせるようにしている(延設部121の長さ6mm)。
And the
これにより、上記第1実施形態と同様にフィン120における凝縮水の詰まりが抑制され、熱交換効率の悪化を防止することができる。また、フィン120の下端部位置をチューブ110の下端部位置に合わせるようにしているので、チューブ110に対するフィン120の位置合わせがやり易くなり、組み付けが容易になる。
Thereby, like the said 1st Embodiment, clogging of the condensed water in the
(その他の実施形態)
上記第1、第2実施形態に対して、図10、図11に示すように、フィン120には、燃焼ガスの流入側に、即ち、上方側に延設される延設部121aを設けるようにしても良い。尚、延設部121の下端部位置は、チューブ110のフランジ部111a、112aの下端部位置に合わせ、延設部121aの上端部位置は、フランジ部111a、112aの上端部位置に合わせるようにしている。
(Other embodiments)
In contrast to the first and second embodiments, as shown in FIGS. 10 and 11, the
これにより、フィン120の放熱面積を増大させて、熱交換性能を向上させることができると共に、チューブ110に対するフィン120の位置合わせを更に容易にすることができる。
Thereby, the heat dissipation area of the
尚、上記各実施形態では熱交換器100を給湯器用に使用するものとして説明したが、これに限らずその他のものにも広く活用できる。
In each of the above embodiments, the
100 熱交換器
110 チューブ
120 アウターフィン(フィン)
121 延設部
122 ルーバ(突出部)
123 切り起こし部(突出部)
100
121
123 Cut and raised part (protruding part)
Claims (4)
前記複数のチューブ(110)の間に介在されて、伝熱面積を増大するフィン(120)とを備え、
前記フィン(120)の領域を上方から下方に向かって水蒸気を含む高温の気体が流れ、前記チューブ(110)の流体通路内に前記高温の気体より低温となる低温の流体を流通させて、前記高温の気体から顕熱のみならず凝縮潜熱をも回収して前記低温の流体を加熱する熱交換器であって、
前記フィン(120)の前記高温の気体の出口側には、前記チューブ(110)の表面と非接触となって下方へ延設される延設部(121)が設けられ、
且つ、前記延設部(121)には、前記フィン(120)の表面から突出する突出部(122、123)が設けられたことを特徴とする熱交換器。 A plurality of tubes (110) that form a fluid passage therein and are arranged in layers;
A fin (120) interposed between the plurality of tubes (110) to increase a heat transfer area;
A high-temperature gas containing water vapor flows from above to below the fin (120), and a low-temperature fluid having a temperature lower than that of the high-temperature gas is circulated in the fluid passage of the tube (110). A heat exchanger that recovers not only sensible heat but also latent heat of condensation from a high-temperature gas to heat the low-temperature fluid,
On the outlet side of the high-temperature gas of the fin (120), an extending portion (121) is provided that extends downward without being in contact with the surface of the tube (110).
The extension portion (121) is provided with protrusions (122, 123) protruding from the surface of the fin (120).
前記低温の流体は、給湯水であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の熱交換器。 The high temperature gas is a combustion gas,
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein the low-temperature fluid is hot water.
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