JP3280453B2 - ユニットヒーター及びユニットヒーターのための熱交換器 - Google Patents
ユニットヒーター及びユニットヒーターのための熱交換器Info
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
- F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
- F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
- F28F3/044—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being pontual, e.g. dimples
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H3/00—Air heaters
- F24H3/02—Air heaters with forced circulation
- F24H3/06—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators
- F24H3/10—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by plates
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
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- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、いわゆる「ユニットヒ
ーター」に関し、特に、ユニットヒーターに使用するた
めの改良された熱交換器に関する。
ーター」に関し、特に、ユニットヒーターに使用するた
めの改良された熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】いわゆる「ユニットヒーター」は、商業
用及び産業用設備に広範に使用されている。ユニットヒ
ーターは、設置するのが比較的容易であり、設置された
空間に比較的多量の熱を供給することができる。通常、
ユニットヒーターは、複数の平行な管で構成された熱交
換器を含む。それらの管は、典型的な例では、垂直に配
置され、その下のバーナー等に整合するように断面積を
拡大されて燃焼器として機能する下端部分を有する。燃
焼の結果として発生した排ガス即ち燃焼生成ガスは、各
管内の幅狭部分を通って上昇し、管を出た後、通常、排
気管へ搬出される。各管の幅広部分（燃焼器部分）及び
幅狭部分の外面に沿って強制的に送られる空気が、管の
熱い壁によって加熱される。
用及び産業用設備に広範に使用されている。ユニットヒ
ーターは、設置するのが比較的容易であり、設置された
空間に比較的多量の熱を供給することができる。通常、
ユニットヒーターは、複数の平行な管で構成された熱交
換器を含む。それらの管は、典型的な例では、垂直に配
置され、その下のバーナー等に整合するように断面積を
拡大されて燃焼器として機能する下端部分を有する。燃
焼の結果として発生した排ガス即ち燃焼生成ガスは、各
管内の幅狭部分を通って上昇し、管を出た後、通常、排
気管へ搬出される。各管の幅広部分（燃焼器部分）及び
幅狭部分の外面に沿って強制的に送られる空気が、管の
熱い壁によって加熱される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この種の熱
交換器に使用するための、特に、熱伝達効率を高めるた
めにユニットヒーターに使用するのに適した新規な、改
良された管構造を提供することを課題とする。
交換器に使用するための、特に、熱伝達効率を高めるた
めにユニットヒーターに使用するのに適した新規な、改
良された管構造を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、熱交換器に使用するための管であって、
燃焼器として機能する燃焼器部分と、管壁の外面に沿っ
て送られる強制空気流を加熱するために燃焼器部分から
の排ガスを通す熱交換器部分を有する形態の改良された
管を提供する。より特定的にいえば、本発明は、複数の
そのような管で構成した熱交換器を提供する。又、本発
明は、そのような熱交換器を組入れた改良されたユニッ
トヒーターを提供する。
決するために、熱交換器に使用するための管であって、
燃焼器として機能する燃焼器部分と、管壁の外面に沿っ
て送られる強制空気流を加熱するために燃焼器部分から
の排ガスを通す熱交換器部分を有する形態の改良された
管を提供する。より特定的にいえば、本発明は、複数の
そのような管で構成した熱交換器を提供する。又、本発
明は、そのような熱交換器を組入れた改良されたユニッ
トヒーターを提供する。
【０００５】従って、本発明は、強制空気流と、複数の
互いに離隔した平行なバーナーによって創生された排ガ
スとの間で熱交換を行わせるための熱交換器であって、
上下に離隔した上側ヘッダー及び下側ヘッダーと、該各
バーナーに対して１つづつ設けられており、各々、上側
ヘッダーと下側ヘッダーの間に平行に延設され、開口上
端及び開口下端をそれぞれ上側ヘッダーと下側ヘッダー
に取付けられた複数の管とから成り、該各管は、燃料を
燃焼させて前記排ガスを創生するための燃焼器として機
能する拡大断面積を有する第１部分と、強制空気流と排
ガスとの間で熱交換を行わせるための幅狭の第２部分を
有し、各管の少くとも一方の側壁は、他方の側壁に向け
られ他方の側壁に近接した複数個の凹入くぼみをことを
特徴とする熱交換器を提供する。特に好ましい実施例で
は、各管の両側壁に、互いに向い合う複数個の凹入くぼ
みを形成する。それらの凹入くぼみは、互いに離隔した
両側壁の実質的に全面に亙って形成することが特に好ま
しい。
互いに離隔した平行なバーナーによって創生された排ガ
スとの間で熱交換を行わせるための熱交換器であって、
上下に離隔した上側ヘッダー及び下側ヘッダーと、該各
バーナーに対して１つづつ設けられており、各々、上側
ヘッダーと下側ヘッダーの間に平行に延設され、開口上
端及び開口下端をそれぞれ上側ヘッダーと下側ヘッダー
に取付けられた複数の管とから成り、該各管は、燃料を
燃焼させて前記排ガスを創生するための燃焼器として機
能する拡大断面積を有する第１部分と、強制空気流と排
ガスとの間で熱交換を行わせるための幅狭の第２部分を
有し、各管の少くとも一方の側壁は、他方の側壁に向け
られ他方の側壁に近接した複数個の凹入くぼみをことを
特徴とする熱交換器を提供する。特に好ましい実施例で
は、各管の両側壁に、互いに向い合う複数個の凹入くぼ
みを形成する。それらの凹入くぼみは、互いに離隔した
両側壁の実質的に全面に亙って形成することが特に好ま
しい。
【０００６】上記凹入くぼみは、それらが向けられてい
る反対側の側壁に接触させること、又は、ほぼ接触した
状態とすることが好ましい。一方の側壁の凹入くぼみを
他方の側壁の対応する凹入くぼみに整合させた構成とし
た場合は、それらの整合した凹入くぼみを接触させる、
又は、ほぼ接触させるとすることが好ましい。又、対向
した両側壁の凹入くぼみを互いに接触させる構成とする
場合は、それらの接触した凹入くぼみを互いに固着させ
ることが好ましい。
る反対側の側壁に接触させること、又は、ほぼ接触した
状態とすることが好ましい。一方の側壁の凹入くぼみを
他方の側壁の対応する凹入くぼみに整合させた構成とし
た場合は、それらの整合した凹入くぼみを接触させる、
又は、ほぼ接触させるとすることが好ましい。又、対向
した両側壁の凹入くぼみを互いに接触させる構成とする
場合は、それらの接触した凹入くぼみを互いに固着させ
ることが好ましい。
【０００７】特に好ましい実施例では、各側壁の凹入く
ぼみをジグザグパターンに配列する。そのジグザグパタ
ーンは、ハネカムパターンであることが特に好ましい。
又、前記管のうちの少くとも幾つかの管の前記第１部分
に、隣接する管の第１部分に向けて外部荷突出し隣接管
の第１部分に実質的に接触している突起を形成すること
が好ましい。
ぼみをジグザグパターンに配列する。そのジグザグパタ
ーンは、ハネカムパターンであることが特に好ましい。
又、前記管のうちの少くとも幾つかの管の前記第１部分
に、隣接する管の第１部分に向けて外部荷突出し隣接管
の第１部分に実質的に接触している突起を形成すること
が好ましい。
【０００８】本発明は又、空気入口及び空気出口を有す
るハウジングと、該空気入口から空気出口へ空気流路を
通して空気を強制的に送るためのファン又はブロアと、
前記空気流路の真下に前記ハウジング内に配置された複
数の互いに離隔した平行なバーナーと、該各バーナーに
対して１つづつ設けられており、各々、１対の互いに離
隔したほぼ平行な側壁から成り、対応するバーナーの上
に位置する比較的幅広の開口下端部分と、前記空気流路
内に位置する比較的幅狭の上端部分を有する複数の扁平
な垂直管とから成り、前記各管の少くとも一方の側壁
は、他方の側壁に向けられ他方の側壁に接触した、又
は、ほぼ接触した状態の複数個の凹入くぼみを有するこ
とを特徴とするユニットヒーターを提供する。
るハウジングと、該空気入口から空気出口へ空気流路を
通して空気を強制的に送るためのファン又はブロアと、
前記空気流路の真下に前記ハウジング内に配置された複
数の互いに離隔した平行なバーナーと、該各バーナーに
対して１つづつ設けられており、各々、１対の互いに離
隔したほぼ平行な側壁から成り、対応するバーナーの上
に位置する比較的幅広の開口下端部分と、前記空気流路
内に位置する比較的幅狭の上端部分を有する複数の扁平
な垂直管とから成り、前記各管の少くとも一方の側壁
は、他方の側壁に向けられ他方の側壁に接触した、又
は、ほぼ接触した状態の複数個の凹入くぼみを有するこ
とを特徴とするユニットヒーターを提供する。
【０００９】
【実施例】本発明に従って構成されたユニットヒーター
の一実施例が図１に示されている。このユニットヒータ
ーは、慣用構造のキャビネット又はハウジング１０を有
している。本発明の原理は、ユニットヒーターへの適用
に限定されるものではなく、他の型式の炉にも同様に適
用することができる。ハウジング１０の前面１２には空
気（温風）出口１４が設けられ、後面１８には空気入口
２０が設けられている。空気出口１４には、周知のよう
に空気流を指向するための一連の枢動ルーバー１６を設
けることができる。
の一実施例が図１に示されている。このユニットヒータ
ーは、慣用構造のキャビネット又はハウジング１０を有
している。本発明の原理は、ユニットヒーターへの適用
に限定されるものではなく、他の型式の炉にも同様に適
用することができる。ハウジング１０の前面１２には空
気（温風）出口１４が設けられ、後面１８には空気入口
２０が設けられている。空気出口１４には、周知のよう
に空気流を指向するための一連の枢動ルーバー１６を設
けることができる。
【００１０】ハウジング１０の後面１８に、モータ支持
部材２２が固定されており、空気入口（以下、単に「入
口」とも称する）２０内で回転するファンブレード又は
ブロアブレード２８を担持した軸２６を有するファンモ
ータ又はブロアモータ２４がモータ支持部材２２に取付
けられている。周知のように、モータ２４とブレード２
８から成るファン又はブロアは、ハウジング１０を通し
て空気を強制的に送り、空気出口（以下、単に「出口」
とも称する）１４から噴出させる。
部材２２が固定されており、空気入口（以下、単に「入
口」とも称する）２０内で回転するファンブレード又は
ブロアブレード２８を担持した軸２６を有するファンモ
ータ又はブロアモータ２４がモータ支持部材２２に取付
けられている。周知のように、モータ２４とブレード２
８から成るファン又はブロアは、ハウジング１０を通し
て空気を強制的に送り、空気出口（以下、単に「出口」
とも称する）１４から噴出させる。
【００１１】ハウジング１０の内部は、大部分、熱交換
器３０によって占められている。熱交換器３０は、以下
に詳述するように、入口２０から出口１４への強制空気
の流路の頂部と底部を画定する上側ヘッダー３２と下側
ヘッダー３４を有する。ハウジング１０の上端には、燃
焼生成ガス即ち排ガスを搬出するための外部排気管等に
接続することができる排気管コネクタ３６が設けられて
いる。排気管コネクタ３６は、上側ヘッダー３２に連通
するようにハウジング１０内に設けられた排気収集器４
０に接続する。
器３０によって占められている。熱交換器３０は、以下
に詳述するように、入口２０から出口１４への強制空気
の流路の頂部と底部を画定する上側ヘッダー３２と下側
ヘッダー３４を有する。ハウジング１０の上端には、燃
焼生成ガス即ち排ガスを搬出するための外部排気管等に
接続することができる排気管コネクタ３６が設けられて
いる。排気管コネクタ３６は、上側ヘッダー３２に連通
するようにハウジング１０内に設けられた排気収集器４
０に接続する。
【００１２】天然ガス、ＬＰガス等の燃料源に接続され
た燃料パイプ４２が、慣用の適当な制御弁４６及び計量
器又は計量オリフィス４７を介してハウジング１０内の
複数の細長い平行なバーナー４４に接続されている。ハ
ウジング１０内には更に、モータ２４及び弁４６のため
の制御器を周知の態様で収納することができる電気接続
箱４８を設けることができる。
た燃料パイプ４２が、慣用の適当な制御弁４６及び計量
器又は計量オリフィス４７を介してハウジング１０内の
複数の細長い平行なバーナー４４に接続されている。ハ
ウジング１０内には更に、モータ２４及び弁４６のため
の制御器を周知の態様で収納することができる電気接続
箱４８を設けることができる。
【００１３】図２及び３を参照して熱交換器３０を詳し
く説明する。図２に明示されているように、熱交換器３
０は、ヘッダー３２と３４の間に延設された複数の垂直
管５０で構成されている。管５０は、扁平管であり、任
意の適当な態様で下側ヘッダー３４に取付けられた開口
下端部分５２を有する。各管の開口下端部分５２は、開
口上端部分５４に比べて比較的幅広であり（断面積が大
きく）、対応する１つのバーナー４４から噴出される燃
料と一次空気の混合物を受容するようにバーナー４４の
上に配置されている。開口下端部分５２には、二次空気
も流入するようになされている。かくして、各管５０の
拡大開口下端部分５２は、管の燃焼器部分として機能
し、下端部分５２内で燃焼が行われる。下端部分５２の
形態は、該下端部分５２によって画定される燃焼器部分
内で燃料の完全燃焼を行わせることができる任意の周知
慣用の形態であってよい。
く説明する。図２に明示されているように、熱交換器３
０は、ヘッダー３２と３４の間に延設された複数の垂直
管５０で構成されている。管５０は、扁平管であり、任
意の適当な態様で下側ヘッダー３４に取付けられた開口
下端部分５２を有する。各管の開口下端部分５２は、開
口上端部分５４に比べて比較的幅広であり（断面積が大
きく）、対応する１つのバーナー４４から噴出される燃
料と一次空気の混合物を受容するようにバーナー４４の
上に配置されている。開口下端部分５２には、二次空気
も流入するようになされている。かくして、各管５０の
拡大開口下端部分５２は、管の燃焼器部分として機能
し、下端部分５２内で燃焼が行われる。下端部分５２の
形態は、該下端部分５２によって画定される燃焼器部分
内で燃料の完全燃焼を行わせることができる任意の周知
慣用の形態であってよい。
【００１４】説明を容易にするために管５０の上述した
燃焼器部分は、参照番号５６で示されており、図２、３
に示されるように、燃焼器部分５６の各側壁５８又は６
０は、外部に突出した突起６２を有しており、突起６２
は、隣接する管５０の隣接する側壁５８又は６０の突起
６２に向けられ実質的に接触するようになされている
（図２の下方左側参照）。突起６２の機能は、熱交換器
の作動中各隣接する管５０の燃焼器部分５６と５６との
間に所定の間隔を維持することである。詳述すれば、管
５０は、周知のように、一般に板金で形成されており、
加熱される際又は冷却する際熱膨脹又は熱収縮により変
位する傾向がある。例えば、１つの管の側壁５８がそれ
に隣接する管の側壁６０に接近する方向に変位した場
合、もし突起６２が設けれていなければ、それらの側壁
の間の空気流空間が完全に又は一部閉塞され、熱伝達効
率を阻害することになる。なぜなら、閉塞された空気流
空間に存在する管の表面が熱伝達作用を有効に達成する
ことができなくなるからである。しかも、そのような場
合、局部的な過熱が生じる可能性があり、熱交換器が損
傷するおそれが高くなる。そのような不都合は、適正な
間隔を維持するスペーサの役割を果たす突起６２を用い
ることによって回避される。
燃焼器部分は、参照番号５６で示されており、図２、３
に示されるように、燃焼器部分５６の各側壁５８又は６
０は、外部に突出した突起６２を有しており、突起６２
は、隣接する管５０の隣接する側壁５８又は６０の突起
６２に向けられ実質的に接触するようになされている
（図２の下方左側参照）。突起６２の機能は、熱交換器
の作動中各隣接する管５０の燃焼器部分５６と５６との
間に所定の間隔を維持することである。詳述すれば、管
５０は、周知のように、一般に板金で形成されており、
加熱される際又は冷却する際熱膨脹又は熱収縮により変
位する傾向がある。例えば、１つの管の側壁５８がそれ
に隣接する管の側壁６０に接近する方向に変位した場
合、もし突起６２が設けれていなければ、それらの側壁
の間の空気流空間が完全に又は一部閉塞され、熱伝達効
率を阻害することになる。なぜなら、閉塞された空気流
空間に存在する管の表面が熱伝達作用を有効に達成する
ことができなくなるからである。しかも、そのような場
合、局部的な過熱が生じる可能性があり、熱交換器が損
傷するおそれが高くなる。そのような不都合は、適正な
間隔を維持するスペーサの役割を果たす突起６２を用い
ることによって回避される。
【００１５】各管５０は、その燃焼器部分５６の上方に
熱交換器部分７０を有する。熱交換器部分７０は、管内
を上昇する排ガスと、ファン２４，２８によって入口２
０から出口１４へ強制的に送られる空気との間で熱交換
を行わせるための部分である。熱交換器部分７０は、上
側ヘッダー３２から燃焼器部分５６を画定するために側
壁５８と６０が拡開し始める地点７２にまでの管５０の
部分によって画定される。この熱交換器部分７０におけ
る各管５０の各側壁５８，６０には、図３に示されるよ
うに、その実質的に全面に亙って複数個の内方に向けら
れた凹入くぼみ７４が形成されている。図３には、凹入
くぼみ７４の外輪郭が破線で示されている。これらの凹
入くぼみ７４は、熱交換器の頂部から底部にまでジグザ
グパターンに配列される。図示のジグザグパターンは、
ハネカムパターンと称することができるようなパターン
である。凹入くぼみ７４は、上述したように、管５０の
各側壁５８，６０の実質的に全面に亙って隙間なく、即
ち、完全な形の凹入くぼみを１つでも形成することがで
きるような余地を残すことなく、形成される。
熱交換器部分７０を有する。熱交換器部分７０は、管内
を上昇する排ガスと、ファン２４，２８によって入口２
０から出口１４へ強制的に送られる空気との間で熱交換
を行わせるための部分である。熱交換器部分７０は、上
側ヘッダー３２から燃焼器部分５６を画定するために側
壁５８と６０が拡開し始める地点７２にまでの管５０の
部分によって画定される。この熱交換器部分７０におけ
る各管５０の各側壁５８，６０には、図３に示されるよ
うに、その実質的に全面に亙って複数個の内方に向けら
れた凹入くぼみ７４が形成されている。図３には、凹入
くぼみ７４の外輪郭が破線で示されている。これらの凹
入くぼみ７４は、熱交換器の頂部から底部にまでジグザ
グパターンに配列される。図示のジグザグパターンは、
ハネカムパターンと称することができるようなパターン
である。凹入くぼみ７４は、上述したように、管５０の
各側壁５８，６０の実質的に全面に亙って隙間なく、即
ち、完全な形の凹入くぼみを１つでも形成することがで
きるような余地を残すことなく、形成される。
【００１６】図４にみられるように、各管５０は、２つ
の同一の管半分体７６を接合部７８で接合することによ
って形成することができる。図３、４に示された実施例
では、管の頂部から底部にかけて８つの水平列Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの凹入くぼみ７４が形成されて
いる。図４に示される例では、管５０の両方の側壁５
８，６０に凹入くぼみ７４が形成されており、一方の側
壁５８の凹入くぼみ７４と対応する他方の側壁６０の凹
入くぼみ７４とを整合させてある。このように、凹入く
ぼみ７４は対向する側壁の方に向けて凹入しており、そ
れらの凹入くぼみ７４は、対向する側壁に、又は対向す
る側壁に形成された整合凹入くぼみ７４に接触又はほぼ
接触した状態とすることが好ましい。
の同一の管半分体７６を接合部７８で接合することによ
って形成することができる。図３、４に示された実施例
では、管の頂部から底部にかけて８つの水平列Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの凹入くぼみ７４が形成されて
いる。図４に示される例では、管５０の両方の側壁５
８，６０に凹入くぼみ７４が形成されており、一方の側
壁５８の凹入くぼみ７４と対応する他方の側壁６０の凹
入くぼみ７４とを整合させてある。このように、凹入く
ぼみ７４は対向する側壁の方に向けて凹入しており、そ
れらの凹入くぼみ７４は、対向する側壁に、又は対向す
る側壁に形成された整合凹入くぼみ７４に接触又はほぼ
接触した状態とすることが好ましい。
【００１７】図５は、基本的に円錐形とした代表的な凹
入くぼみ７４の例を示す。所望ならば、凹入くぼみは球
状に近い形にしてもよい。互いに整合した両側壁の凹入
くぼみ７４の頂点８０と頂点８０は、接触又はほぼ接触
している。一般的にいえば、列Ａ，Ｂ，Ｃのような高い
位置にある両側壁の整合凹入くぼみ７４と７４は実際に
接触させることが望ましいが、一番下の１つの列又は下
の数列の整合凹入くぼみ７４と７４の間には多少の間隙
を存在させてもよい。従って、図４では、列Ｈの整合凹
入くぼみ７４と７４は僅かに離隔したものとして示され
ている。
入くぼみ７４の例を示す。所望ならば、凹入くぼみは球
状に近い形にしてもよい。互いに整合した両側壁の凹入
くぼみ７４の頂点８０と頂点８０は、接触又はほぼ接触
している。一般的にいえば、列Ａ，Ｂ，Ｃのような高い
位置にある両側壁の整合凹入くぼみ７４と７４は実際に
接触させることが望ましいが、一番下の１つの列又は下
の数列の整合凹入くぼみ７４と７４の間には多少の間隙
を存在させてもよい。従って、図４では、列Ｈの整合凹
入くぼみ７４と７４は僅かに離隔したものとして示され
ている。
【００１８】場合によっては、図６に示されるように、
凹入くぼみ７４の底部８２を平坦にしてもよい。この場
合、整合凹入くぼみ７４の平坦な底部８２と８２を係合
させ、例えば点溶接８４によって固着させる。この構成
は、側壁５８，６０が内部熱応力による歪曲やへこみ作
用に耐えることができるという点で作動中の寸法安定性
を高める。点溶接８４で固着された幾つかの凹入くぼみ
７４の位置は、図３に示されている。好ましい実施例で
は、点溶接８４で固着された凹入くぼみ７４のの深さ
は、８．８９ｍｍ（０．３５０ｉｎ）とする。列Ａ，
Ｂ，Ｃの凹入くぼみ７４の深さは、点溶接の有無に拘ら
ず、すべてこれと同じ寸法とする。列Ｄの凹入くぼみの
うち点溶接されない凹入くぼみの深さは、やや浅い８．
２５５ｍｍ（０．３２５ｉｎ）とする。次の列Ｅでは、
すべての凹入くぼみの深さを再び８．８９ｍｍ（０．３
５０ｉｎ）の寸法に戻す。列Ｆの凹入くぼみのうち点溶
接されない（平坦な底部を有していない）凹入くぼみの
深さは、７．３６６ｍｍ（０．２９０ｉｎ）とする。列
Ｇの凹入くぼみの深さは、左から右へ交互に８．８９ｍ
ｍ（０．３５０ｉｎ）と７．６２ｍｍ（０．３００ｉ
ｎ）とする。列Ｇの凹入くぼみの深さは、すべて、６．
０９６ｍｍ（０．２４０ｉｎ）とする。
凹入くぼみ７４の底部８２を平坦にしてもよい。この場
合、整合凹入くぼみ７４の平坦な底部８２と８２を係合
させ、例えば点溶接８４によって固着させる。この構成
は、側壁５８，６０が内部熱応力による歪曲やへこみ作
用に耐えることができるという点で作動中の寸法安定性
を高める。点溶接８４で固着された幾つかの凹入くぼみ
７４の位置は、図３に示されている。好ましい実施例で
は、点溶接８４で固着された凹入くぼみ７４のの深さ
は、８．８９ｍｍ（０．３５０ｉｎ）とする。列Ａ，
Ｂ，Ｃの凹入くぼみ７４の深さは、点溶接の有無に拘ら
ず、すべてこれと同じ寸法とする。列Ｄの凹入くぼみの
うち点溶接されない凹入くぼみの深さは、やや浅い８．
２５５ｍｍ（０．３２５ｉｎ）とする。次の列Ｅでは、
すべての凹入くぼみの深さを再び８．８９ｍｍ（０．３
５０ｉｎ）の寸法に戻す。列Ｆの凹入くぼみのうち点溶
接されない（平坦な底部を有していない）凹入くぼみの
深さは、７．３６６ｍｍ（０．２９０ｉｎ）とする。列
Ｇの凹入くぼみの深さは、左から右へ交互に８．８９ｍ
ｍ（０．３５０ｉｎ）と７．６２ｍｍ（０．３００ｉ
ｎ）とする。列Ｇの凹入くぼみの深さは、すべて、６．
０９６ｍｍ（０．２４０ｉｎ）とする。
【００１９】凹入くぼみ７４をそれらが向けられている
対向側壁に接触させる目的は、凹入くぼみ７４の頂点８
０と、それが向けられている対向側壁との間での排ガス
の通過断面積を最小限にすることである。かくして、凹
入くぼみ７４を図３に示されるようにジグザグパターン
に配列されている場合、排ガスは、蛇行経路を辿って通
されるので、乱流の発生が増大し、排ガスから管５０へ
の熱伝達を高める。
対向側壁に接触させる目的は、凹入くぼみ７４の頂点８
０と、それが向けられている対向側壁との間での排ガス
の通過断面積を最小限にすることである。かくして、凹
入くぼみ７４を図３に示されるようにジグザグパターン
に配列されている場合、排ガスは、蛇行経路を辿って通
されるので、乱流の発生が増大し、排ガスから管５０へ
の熱伝達を高める。
【００２０】上述のように管５０の上端に近い高い位置
にある凹入くぼみを管の下端に近い低い位置にある凹入
くぼみに比べて深くすることにより、管の上端に近い高
い位置ににおける対向する凹入くぼみと凹入くぼみの間
（又は対向する凹入くぼみと側壁の間）の近接度を管の
下端に近い低い位置におけるそれよりも高める理由は、
管５０の上方に行くほどその内部断面積（開放断面積）
が凹入くぼみによって閉塞される度合が大きくなるよう
にすることにより排ガスを蛇行経路に沿って上昇し続け
ることができるようにすることである。排ガスは管５０
内を上昇するにつれて、管の外側を通る強制空気流との
熱交換により漸次温度が低下し、体積が減少する。管の
上端に近い高い位置ににおける凹入くぼみと凹入くぼみ
の間の近接度を高くしておけば、それだけ管の内部断面
積が小さくなるので、減少する排ガスの体積の減少を補
償することになる。
にある凹入くぼみを管の下端に近い低い位置にある凹入
くぼみに比べて深くすることにより、管の上端に近い高
い位置ににおける対向する凹入くぼみと凹入くぼみの間
（又は対向する凹入くぼみと側壁の間）の近接度を管の
下端に近い低い位置におけるそれよりも高める理由は、
管５０の上方に行くほどその内部断面積（開放断面積）
が凹入くぼみによって閉塞される度合が大きくなるよう
にすることにより排ガスを蛇行経路に沿って上昇し続け
ることができるようにすることである。排ガスは管５０
内を上昇するにつれて、管の外側を通る強制空気流との
熱交換により漸次温度が低下し、体積が減少する。管の
上端に近い高い位置ににおける凹入くぼみと凹入くぼみ
の間の近接度を高くしておけば、それだけ管の内部断面
積が小さくなるので、減少する排ガスの体積の減少を補
償することになる。
【００２１】
【発明の効果】本発明に従って構成された熱交換器は、
本出願人の会社が製造しているユニットヒーターに使用
されていた従来の管を組合せた同じバーナー装置に比べ
て、管の外側を通される空気に対する熱伝達量を３〜８
％増大させることが実験によって判明した。もちろん、
実際の熱伝達量の増大率は、選択される特定のバーナー
装置の設計によって３〜８％の範囲で異る。
本出願人の会社が製造しているユニットヒーターに使用
されていた従来の管を組合せた同じバーナー装置に比べ
て、管の外側を通される空気に対する熱伝達量を３〜８
％増大させることが実験によって判明した。もちろん、
実際の熱伝達量の増大率は、選択される特定のバーナー
装置の設計によって３〜８％の範囲で異る。
【００２２】この熱伝達量の増大は、管の側壁に凹入く
ぼみを形成したことにより排ガスに露呈される表面積を
ある程度増大させることの結果であるとともに、排ガス
を蛇行経路に沿って移動させることにより乱流を誘起さ
せ、それによって空気流に対する排ガス側の熱伝達係数
を高めることの結果であると考えられる。いずれにして
も、熱交換器の管に凹入くぼみを設けることは、熱伝達
効率の明らかに有意の増大をもたらす。
ぼみを形成したことにより排ガスに露呈される表面積を
ある程度増大させることの結果であるとともに、排ガス
を蛇行経路に沿って移動させることにより乱流を誘起さ
せ、それによって空気流に対する排ガス側の熱伝達係数
を高めることの結果であると考えられる。いずれにして
も、熱交換器の管に凹入くぼみを設けることは、熱伝達
効率の明らかに有意の増大をもたらす。
【図１】図１は、本発明に従って構成されたユニットヒ
ーターの側面図である。
ーターの側面図である。
【図２】図２は、図１のユニットヒーターに用いられた
熱交換器の拡大端面図である。
熱交換器の拡大端面図である。
【図３】図３は、図２の右側からみた熱交換器の側面図
である。
である。
【図４】図４は、熱交換器の管の拡大端面図である。
【図５】図５は、管に形成される凹入くぼみの一実施例
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図６】図６は、図５と同様の図であるが、別の形態の
凹入くぼみを示す。
凹入くぼみを示す。
１０：ハウジング １４：空気出口 ２０：空気入口 ２８：ファンブレード ３０：熱交換器 ３２：上側ヘッダー ３４：下側ヘッダー ４４：バーナー ５０：管 ５２：拡大された即ち幅広の開口下端部分 ５４：幅狭の開口上端部分 ５６燃焼器部分 ５８，６０：側壁 ６２：突起 ７０：熱交換器部分 ７４：凹入くぼみ
フロントページの続き (72)発明者 ロバート・エス・クーリー アメリカ合衆国ウィスコンシン州オコノ モウォク、インタラーケン・ドライブ 2860 (56)参考文献 実開 昭60−133361（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−73851（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F24H 3/06 - 3/08 F28D 1/053
Claims (16)
- 【請求項１】空気入口及び空気出口を有するハウジング
と、 該空気入口から空気出口へ空気流路を通して空気を強制
的に送るためのファン又はブロアと、 前記空気流路の真下に前記ハウジング内に配置された複
数の互いに離隔した平行なバーナーと、 該各バーナーに対して１つづつ設けられており、各々、
１対の互いに離隔したほぼ平行な側壁から成り、対応す
るバーナーの上に位置する比較的幅広の開口下端部分
と、前記空気流路内に位置する比較的幅狭の上端部分を
有する複数の扁平な垂直管と、から成り、前記各管の少
くとも一方の側壁は、他方の側壁に向けられ他方の側壁
に接触した、又は、ほぼ接触した状態の複数個の凹入く
ぼみを有することを特徴とする炉。 - 【請求項２】前記一方の側壁の各凹入くぼみは、他方の
側壁に形成された対応する凹入くぼみと整合し、該凹入
くぼみに接触している、又は、ほぼ接触した状態にある
ことを特徴とする請求項１に記載の炉。 - 【請求項３】前記一方の側壁の凹入くぼみの幾つかは、
他方の側壁の対応する凹入くぼみに接触しており、一方
の側壁の他の凹入くぼみは、他方の側壁の対応する凹入
くぼみにほぼ接触した状態にあることを特徴とする請求
項２に記載の炉。 - 【請求項４】前記複数の凹入くぼみは、前記管の頂部か
ら底部にかけてジグザグパターンに配列されていること
を特徴とする請求項１に記載の炉。 - 【請求項５】前記複数個の凹入くぼみは、前記一方の側
壁の、前記比較的幅広の開口下端部分より上方の部分の
ほぼ全面に亙って配設されていることを特徴とする請求
項４に記載の炉。 - 【請求項６】前記複数個の凹入くぼみは、ハネカムパタ
ーンに配列されていることを特徴とする請求項５に記載
の炉。 - 【請求項７】前記各管の下端部分の両側壁に外部に突出
した突起が形成されており、各管の一方の側壁の突起
が、隣接する管の他方の側壁の対応する突起に係合する
ようになされていることを特徴とする請求項１に記載の
炉。 - 【請求項８】前記一方の側壁の凹入くぼみの幾つかは、
他方の側壁に接触しており、それらの接触している凹入
くぼみの少くとも幾つかは、他方の側壁に固着されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の炉。 - 【請求項９】強制空気流と、複数の互いに離隔した平行
なバーナーによって創生された排ガスとの間で熱交換を
行わせるための熱交換器であって、 上下に離隔した上側ヘッダー及び下側ヘッダーと、 該各バーナーに対して１つづつ設けられており、各々、
上側ヘッダーと下側ヘッダーの間に平行に延設され、開
口上端及び開口下端をそれぞれ上側ヘッダーと下側ヘッ
ダーに取付けられた複数の管とから成り、 該各管は、燃料を燃焼させて前記排ガスを創生するため
の燃焼器として機能する拡大断面積を有する第１部分
と、強制空気流と排ガスとの間で熱交換を行わせるため
の幅狭の第２部分を有し、 該第２部分は、１対の平坦な互いに離隔したほぼ平行な
側壁を有し、各側壁は、他方の側壁に向けられ他方の側
壁に近接した複数個の凹入くぼみを有し、それらの凹入
くぼみは、該第２部分の互いに離隔した両側壁の実質的
に全面に亙って形成されていることを特徴とする熱交換
器。 - 【請求項１０】前記凹入くぼみは、それらが向けられて
いる対向側壁に接触している、又は、ほぼ接触した状態
にあることを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。 - 【請求項１１】一方の側壁の凹入くぼみは、他方の側壁
の対応する凹入くぼみに整合していることを特徴とする
請求項１０に記載の熱交換器。 - 【請求項１２】前記複数個の凹入くぼみは、ハネカムパ
ターンに配列されていることを特徴とする請求項１１に
記載の熱交換器。 - 【請求項１３】前記各側壁の複数の凹入くぼみは、ジグ
ザグパターンに配列されて他方の側壁の凹入くぼみに整
合しており、それらの互いに整合した凹入くぼみは、互
いに接触又はほぼ接触しており、それらの接触した凹入
くぼみの少くとも幾つかは、互いに固着されていること
を特徴とする請求項９に記載の熱交換器。 - 【請求項１４】強制空気流と、複数の互いに離隔した平
行なバーナーによって創生された排ガスとの間で熱交換
を行わせるための熱交換器及び燃焼器であって、 上下に離隔した上側ヘッダー及び下側ヘッダーと、 該各バーナーに対して１つづつ設けられており、各々、
上側ヘッダーと下側ヘッダーの間に平行に延設され、開
口上端及び開口下端をそれぞれ上側ヘッダーと下側ヘッ
ダーに取付けられた複数の管とから成り、 該各管は、燃料を燃焼させて前記排ガスを創生するため
の燃焼器として機能する拡大断面積を有する第１部分
と、強制空気流と排ガスとの間で熱交換を行わせるため
の幅狭の第２部分を有し、 該第２部分は、１対の平坦な互いに離隔したほぼ平行な
側壁を有し、各側壁は、それぞれ他方の側壁の対応する
凹入くぼみに整合するように向けられた複数個の凹入く
ぼみを有し、一方の側壁の凹入くぼみと、他方の側壁の
対応する凹入くぼみとは互いに接触、又は、ほぼ接触し
ていることを特徴とする熱交換器及び燃焼器。 - 【請求項１５】前記複数個の凹入くぼみは、ハネカムパ
ターンに配列されており、それらの凹入くぼみは、前記
第２部分の互いに離隔した両側壁の実質的に全面に亙っ
て形成されているいることを特徴とする請求項１４に記
載の熱交換器及び燃焼器。 - 【請求項１６】前記管のうちの少くとも幾つかの管の前
記第１部分には、隣接する管の第１部分に向けて突出
し、隣接する管の第１部分に実質的に接触している突起
が形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の
熱交換器及び燃焼器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US885546 | 1992-05-19 | ||
| US07/885,546 US5333598A (en) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | Unit heater and heat exchanger therefor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0634202A JPH0634202A (ja) | 1994-02-08 |
| JP3280453B2 true JP3280453B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=25387155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04992193A Expired - Fee Related JP3280453B2 (ja) | 1992-05-19 | 1993-02-17 | ユニットヒーター及びユニットヒーターのための熱交換器 |
Country Status (7)
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|---|---|
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| EP (1) | EP0570642B1 (ja) |
| JP (1) | JP3280453B2 (ja) |
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| CA (1) | CA2081620C (ja) |
| DE (1) | DE69223402T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| ITMI20020573U1 (it) * | 2002-12-10 | 2004-06-11 | Apen Group S P A | Gruppo scambiatore di calore e camera di combustione ad alto rendiment o per caldaie e generatori di aria calda |
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| NL2011539C2 (nl) * | 2013-10-02 | 2015-04-07 | Intergas Heating Assets B V | Warmtewisselaar met een buis met een althans gedeeltelijk variabele doorsnede. |
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|---|---|---|---|---|
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| US3073296A (en) * | 1958-06-26 | 1963-01-15 | Siegler Corp | Furnaces |
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| FR1520628A (fr) * | 1967-02-28 | 1968-04-12 | Potez Ind Sa | Générateur d'air chaud à gaz |
| US3502142A (en) * | 1968-04-01 | 1970-03-24 | Tranter Mfg Inc | Multi-directionally distributed flow heat transfer plate unit |
| US4006728A (en) * | 1971-02-13 | 1977-02-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Room heating apparatus using combustion |
| US4467780A (en) * | 1977-08-29 | 1984-08-28 | Carrier Corporation | High efficiency clamshell heat exchanger |
| GB2019549A (en) * | 1978-04-24 | 1979-10-31 | Modine Mfg Co | Gas-fired space heaters |
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| US5080166A (en) * | 1987-04-15 | 1992-01-14 | Itrag Ag | Plate-shaped heating element, in particular for floor heating |
| US5113844A (en) * | 1988-12-12 | 1992-05-19 | Vulcan Australia Limited | Heat exchanger |
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- 1992-10-29 DE DE69223402T patent/DE69223402T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-10-29 EP EP92309913A patent/EP0570642B1/en not_active Expired - Lifetime
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