CN107345776A - 乱流形成用器具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种乱流形成用器具，其具有沿流体的流路方向延伸的平板部件(1)，平板部件(1)具有每隔规定的间隔形成的多个通孔(10a)、(10b)和分别从各个通孔(10a)、(10b)的上游侧边缘(15a)、(15b)和下游侧边缘(16a)、(16b)突出的一对突出片(11，12)、(13，14)，一对突出片(11，12)和一对突出片(13，14)沿流路方向朝表背面侧交替突出。

Description

乱流形成用器具

技术领域

本发明涉及一种为了使在热交换器的传热管内流动的流体产生乱流(湍流、紊流：turbulence)而插入所述传热管内的乱流形成用器具。

背景技术

容纳在热交换器内的传热管被气体燃烧器的燃烧废气加热，由此在传热管内流动的流体的温度升高。已知有为了抑制传热管内的流体的局部沸腾或促进热交换而提高热效率，将使流体产生乱流的乱流形成用器具插入传热管内的技术(日本特许公开公报2000-266488号、日本特许公开公报平11-108458号、日本特许公开公报瓶11-51491号、日本特许公开公报平11-83196号)。

例如，如图5所示，已知有一种乱流形成用器具，其具有通过对平板部件3实施切取弯曲加工而向平板部件3的表背两面侧突出的多个切取片31a、31b、31c。若在传热管内流动的流体撞击切取片31a、31b，则如图5的实线的箭头所示，流体向传热管的管壁侧流动。接着，流体撞击管壁后，撞击下一个切取片31c。流体反复在传热管内进行上述流动。由此，促进了流体的乱流化，有效地抑制了局部沸腾。并且，在该乱流形成用器具中，为了降低由切取片31a、31b、31c造成的流体的压力损失，任一切取片31a、31b、31c均以不阻碍流体流动的方式向规定方向(下游方向)倾斜。

然而，如上所述，若所有的切取片31a、31b、31c向规定方向倾斜，则为了不阻碍流体的流动，需要考虑在传热管内流动的流体的流路方向和切取片31a、31b、31c的倾斜方向，并在特定的方向上将乱流形成用器具插入传热管内，因此组装操作性较差。也就是说，在传热管内的流体的流路方向和切取片31a、31b、31c的倾斜方向为反方向的错误的方向上将乱流形成用器具容纳在传热管内的情况下，流体的压力损失增加。并且，如图5的双点划线的箭头所示，流体在撞击平板部件3的表面侧突出的切取片31c之后通过切取孔30c。并且，在流体进一步撞击向平板部件3的背面侧突出的下一切取片31b之后，通过下一切取孔30b。这样一来，若乱流形成用器具以错误的方向插入传热管内，则流体在平板部件3的表背面附近流动。其结果是，流体集中在传热管内的上下方向中央部，难以向传热管的管壁侧流动，因此不会在管壁侧产生乱流，发生局部沸腾，热交换器的热效率恶化。

发明内容

本发明是消除上述以往的插入到传热管内的乱流形成用器具的问题点的发明，本发明的目的是提供一种无论在传热管内流动的流体的流路方向如何，也不会增加流体的压力损失，并获得较高的乱流效果的乱流形成用器具。

根据本发明，提供了一种使在传热管内流动的流体产生乱流的乱流形成用器具，

该乱流形成用器具具有沿在所述传热管内流动的所述流体的流路方向延伸的平板部件，

所述平板部件具有在所述流路方向上以规定间隔形成的多个通孔和分别从各个通孔的上游侧边缘和下游侧边缘延伸的至少一对突出片，

所述一对突出片在所述各个通孔内并排，并且以其前端部彼此靠近的方式倾斜，

所述多个通孔中，从任意一个通孔的所述上游侧边缘和所述下游侧边缘分别延伸的所述一对突出片向所述平板部件的一表面侧突出，

从与所述一个通孔相邻的其他通孔的所述上游侧边缘和所述下游侧边缘分别延伸的所述一对突出片向所述平板部件的另一表面侧突出。

在如上所述的乱流形成用器具中，优选：从所述一个通孔的所述下游侧边缘延伸的所述突出片与从在所述一个通孔的下游侧相邻的所述其他通孔的所述上游侧边缘延伸的所述突出片在所述流路方向上位于同一条线上。

在如上所述的乱流形成用器具中，优选：向所述平板部件的所述一表面侧突出的所述一对突出片具有与向所述平板部件的所述另一表面侧突出的所述一对突出片不同的突出高度，所述传热管内的空间被所述平板部件在所述一表面侧与所述另一表面侧划分为不同的大小。

在如上所述的乱流形成用器具中，优选：所述一对突出片以其前端部彼此交叉的方式倾斜。

本发明的目的、特征、方式以及优点通过以下详细说明和附图而变得更加明了。

附图说明

图1为表示本发明的第一实施方式所涉及的乱流形成用器具的一部分的概略放大立体图。

图2为表示将本发明的第一实施方式所涉及的乱流形成用器具安装在传热管内的状态的概略说明图。

图3为本发明的第二实施方式所涉及的乱流形成用器具的概略说明图。

图4为表示本发明的第三实施方式所涉及的乱流形成用器具的一部分的概略放大截面图。

图5为表示以往的乱流形成用器具的一部分的概略放大立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行详细描述。

图1为表示本发明的第一实施方式所涉及的乱流形成用器具的一部分的概略放大立体图，图2为表示乱流形成用器具安装在传热管内的状态的概略说明图。

图1所示的乱流形成用器具，例如图2所示地安装在截面椭圆形状的直管型的传热管2内。乱流形成用器具具有长条状的金属制的平板部件1，该平板部件1具有能够沿传热管2的椭圆的长径的中心线放置的横向宽度和与传热管2的长度大致一致的长度。通过对该平板部件1沿长度方向实施多次切取弯曲加工，形成作为切取孔的多个大致矩形形状的通孔10a、10b和向平板部件1的表背面侧突出的作为切取片的多个突出片11～14。

在乱流形成用器具的制作中，例如以与通孔10a的长边的长度大致一致的长度的一对突出片11、12在流路方向上相互并排的方式，分别从任一通孔10a的上游侧边缘15a和下游侧边缘16a切除平板部件1而形成突出片11、12。然后，从一对突出片11、12的基端部附近朝平板部件1的表面侧大约弯曲45度。由此，一对突出片11、12以其前端部在平板部件1的表面侧交叉的方式向平板部件1的表面侧突出。

同样，分别从与上述一个通孔10a相邻的其他通孔10b的上游侧边缘15b和下游侧边缘16b形成一对突出片13、14。然后，将一对突出片13、14的基端部附近朝平板部件1的背面侧弯曲。由此，一对突出片13、14以其前端部在平板部件1的背面侧交叉的方式向平板部件1的背面侧突出。

如上所述，在平板部件1的表面侧分别从一个通孔10a的上游侧边缘15a和下游侧边缘16a突出的一对突出片11、12以其前端部彼此交叉的方式倾斜。并且，在平板部件1的背面侧分别从与一个通孔10a相邻的其他通孔10b的上游侧边缘15b和下游侧边缘16b突出的一对突出片13、14以其前端部彼此交叉的方式倾斜。因此，前端部彼此交叉的一对突出片11，12、13，14每隔一定的间隔在平板部件1的表背面侧交替突出多个。

并且，从上游侧的通孔10a的下游侧边缘16a向平板部件1的表面侧突出的突出片12和从与通孔10a的下游侧相邻的通孔10b的上游侧边缘15b向平板部件1的背面侧突出的突出片13在流体从图1的左侧朝右侧流过来的情况下，在从流路方向的上游侧观察时，以位于传热管2内的靠右侧的同一条线(the same line)上的方式设置。

再者，如图2所示，通过以上述平板部件1的宽度方向的中心与截面椭圆形状的传热管2内的长径的中心线一致的方式将乱流形成用器具插入传热管2内，传热管2的内部空间被划分为平板部件1的表面侧的上部区域21和背面侧的下部区域22。因此，突出片11、12向上部区域21侧突出，突出片13、14向下部区域22侧突出。

在本实施方式的乱流形成用器具中，如图1的实线的箭头所示，在流体从左侧朝右侧流过来的情况下，在传热管2的上部区域21流动的流体的一部分沿从上游侧的通孔10a的上游侧边缘15a突出的突出片11的表面向传热管2的上部区域21侧的管壁20流动。并且，在传热管2的上部区域21流动的流体的另一部分沿下游侧的突出片12的背面通过通孔10a并流向传热管2的下部区域22。然后，流向传热管2的下部区域22的流体与在传热管2的下部区域22流动的流体一起沿着突出片13的背面向传热管2的下部区域22侧的管壁20流动，所述突出片13从相邻的通孔10b的上游侧边缘15b突出，并且从流路方向的上游侧观察与突出片12位于靠右侧的同一条线上。

并且，在传热管2的下部区域22流动的流体的一部分如上所述沿突出片13的背面向传热管2的下部区域22侧的管壁20流动。并且，在传热管2的下部区域22流动的流体的另一部分沿突出片14的表面通过通孔10b并流向传热管2的上部区域21。然后，图中虽未示出，流向传热管2的上部区域21的流体，进一步沿着下一个突出片的表面向传热管2的上部区域21侧的管壁20流动，此时的下一个突出片是指从在下游侧相邻的下一个通孔的上游侧边缘突出、并且从流路方向的上游侧观察与突出片14位于靠左侧的同一条线上的突出片。

另一方面，如图1中的双点划线的箭头所示，在流体从右侧朝左侧流过来的情况下，在传热管2的上部区域21流动的流体的一部分沿突出片12的表面向传热管2的上部区域21侧的管壁20流动。并且，在传热管2的上部区域21流动的流体的另一部分沿突出片11的背面通过通孔10a并流向传热管2的下部区域22。然后，图中虽未示出，流向传热管2的下部区域22的流体，与在下部区域22流动的流体一样，沿着从流路方向的上游侧观察与突出片11位于靠右侧的同一条线上的、而且从下游侧的相邻的下一个通孔的上游侧边缘突出的下一个突出片的背面向传热管2的下部区域22侧的管壁20流动。

并且，在传热管2的下部区域22流动的流体的一部分沿着突出片14的背面向传热管2的下部区域22侧的管壁20流动。并且，在传热管2的下部区域22流动的流体的另一部分沿突出片13的表面通过通孔10b并流向传热管2的上部区域21。然后，流向传热管2的上部区域21的流体沿着从流路方向的上游侧观察位于靠左侧的同一条线上的突出片12的表面向传热管2的上部区域21侧的管壁20流动。

这样一来，由于流体经由相邻的通孔10a、10b之间的平板部件1的连接部沿在流路方向上位于靠左侧或靠右侧的同一条线上的两个突出片流动，因此能够将流体顺利地沿管壁20引导。

在本发明的第一实施方式所涉及的乱流形成用器具中，从各通孔10a、10b的上游侧边缘15a、15b和下游侧边缘16a、16b突出的一对突出片11，12、13，14设置成V状，并且由于一对突出片11，12、13，14在平板部件1的表背面侧交替形成，因此增加了流体撞击突出片11，12、13，14而流动发生变化的机会，能够促进流体的乱流化。因此，提高了热交换器的热效率。

另外，由于一对突出片13、14以相对于平板部件1使一对突出片11、12上下反转的姿势突出，因此乱流效果并不会因朝传热管2的插入方向而发生变化。因此，能够不考虑乱流形成用器具的插入方向而将乱流形成用器具插入传热管2。由此，能够改善组装操作性。

另外，如图2所示，由于一对突出片11、12，13、14以从流路方向上观察相对的内侧端朝向外侧的方式倾斜，因此抑制了流体的压力损失的增加。并且，由于一对突出片11，12、13，14位于传热管2的中心部的基端部比前端部的宽度大，因此在传热管2内的中心部流动的流体顺利地向管壁20流动。

图3是本发明的第二实施方式所涉及的乱流形成用器具的概略说明图。

该乱流形成用具具有突出片18，其比向平板部件1的表面侧突出的突出片17短，并且向背面侧突出。因此，若将该乱流形成用器具插入传热管2，则平板部件1被安置在与截面椭圆形状的传热管2的长径的中心部相比向传热管2的下部区域22侧偏移的规定位置。由此，相比于平板部件1位于下方的传热管2的下部区域22比上部区域21狭窄。

在本实施方式中，热交换器内的传热管2从附图的下方通过燃烧器加热。因此，与距离燃烧器较远的上部区域21的管壁20相比，距离燃烧器较近的下部区域22的管壁20被暴露在更高温的氛围。

如上所述，在该乱流形成用器具中，由于平板部件1在传热管2内比传热管2的中心部靠下部区域22侧偏移地进行安置，因此传热管2的内部空间通过平板部件1划分为上部区域21的广阔空间和下部区域22的狭窄空间。其结果是，在下部区域22的狭窄空间流动的流体的速度比在上部区域21的广阔空间流动的流体速度快。由于在该下部区域22快速流动的流体与向平板部件1的背面侧突出的短的突出片18发生撞击，因此促进了乱流化，快速地进行了热交换。由此，能够抑制下部区域22的管壁20的温度上升。

另一方面，在上部区域21缓慢流动的流体通过撞击向平板部件1的表面侧突出的长的突出片17而促进了乱流化。然而，由于因缓慢的流速而缓慢进行热交换，因此上部区域21的管壁20的温度容易上升。因此，尽管从传热管2的下部区域22侧进行加热，但是与传热管2的内部空间被平板部件1均等划分的情况相比，上部区域21侧的管壁20的温度与下部区域22侧的管壁的温度之间差变小。因此，难以在距离燃烧器较远的传热管2的上部区域21的管壁20的外表面上产生结露，并且难以产生管壁20的膨胀差。由此，能够防止传热管2的耐久性的降低。

另外，在本实施方式中，由于分别向平板部件1的表背面侧突出的突出片17、18的高度不同，因此当将乱流形成用器具插入传热管2时，平板部件1的上下方向被特别指定。然而，该乱流形成用器具也与上述第一实施方式相同，由于分别从一个通孔的上下游侧边缘突出的一对突出片以前端部彼此交叉的方式倾斜，因此向传热管2的插入方向并未特别指定。由此，能够容易地将乱流形成用器具插入传热管2内。

图4为表示第三实施方式所涉及的乱流形成用器具的一部分的概略放大截面图。在该乱流形成用器具中，从各通孔40的上游侧边缘40a突出的所有的上游侧突出片4从流路方向的上游侧(图4的左侧)观察位于靠左侧的同一条线上，从下游侧边缘40b突出的所有的下游侧突出片41从流路方向的上游侧观察位于靠右侧的同一条线上。

由于该乱流形成用器具能够通过在平板部件1上实施相同的通孔的切除加工进行制作，因此生产性优越。

在上述任意实施方式中，分别从一个通孔的上游侧边缘和下游侧边缘突出一个突出片，但若是一个以上，则突出片的数目并不限定。另外，一对突出片虽在前端部交叉，但也可以前端部隔开间隙。

以上详细说明了本发明，但若要概括本发明则如下。

根据本发明，

提供了一种使在传热管内流动的流体产生乱流的乱流形成用器具，

该乱流形成用器具具有沿在所述传热管内流动的所述流体的流路方向延伸的平板部件，

所述平板部件具有在所述流路方向上以规定间隔形成的多个通孔和分别从各个通孔的上游侧边缘和下游侧边缘延伸的至少一对突出片，

所述一对突出片在所述各个通孔内并排，并且以其前端部彼此靠近的方式倾斜，

所述多个通孔中，从任意一个通孔的所述上游侧边缘和所述下游侧边缘分别延伸的所述一对突出片向所述平板部件的一表面侧突出，

从与所述一个通孔相邻的其他通孔的所述上游侧边缘和所述下游侧边缘分别延伸的所述一对突出片向所述平板部件的另一表面侧突出。

根据上述乱流形成用器具，由于以前端部彼此靠近的方式倾斜的一对突出片在平板部件的表背面侧沿流路方向顺次突出，因此无论来自传热管的两端的哪个方向的流体流动，向平板部件的表背面侧突出的各突出片对流体起同样作用。并且，由于一对突出片在一个通孔内并排，因此当从流路方向观察时，一对突出片分别从通孔的上游侧边缘和下游侧边缘的互相错开的位置突出。并且，一对突出片以其前端部靠近的方式倾斜突出。因此，从传热管的上游侧流过来的流体在一个通孔的形成区域中撞击从上游侧边缘向流路方向(下游方向)突出的突出片(上游侧突出片)和从下游侧边缘向流路反方向(上游方向)突出的突出片(下游侧突出片)这两者。

例如，撞击向设置在传热管内的平板部件的表面侧突出的上游侧突出片的流体沿上游侧突出片的表面向靠近上游侧突出片的前端部侧的管壁流动。并且，撞击下游侧突出片的背面的流体在流向下游侧突出片的基端部之后，通过通孔，流向平板部件的背面侧，接着，沿形成于相邻的下一通孔的上游侧边缘的、向平板部件的背面侧突出的下一上游侧突出片的背面，向靠近其前端部侧的管壁流动。

因此，根据上述乱流形成用器具，即使流体的流路方向发生反转(即，乱流形成用器具的插入方向反向)，所述一对突出片也会对流体发挥同样的功能。

优选的是，在上述乱流形成用器具中，

从所述一个通孔的所述下游侧边缘延伸的所述突出片与从与所述一个通孔的下游侧相邻的所述其他通孔的所述上游侧边缘延伸的所述突出片在所述流路方向上位于同一条线上。

根据上述乱流形成用器具，在传热管内流动的流体经由相邻的两个通孔间的连接部，沿位于流路方向的靠左侧或靠右侧的同一条线上的突出片流动。因此，能够更顺利地向管壁侧引导流体。

优选的是，在上述乱流形成用器具中，

向所述平板部件的所述一表面侧突出的所述一对突出片具有与向所述平板部件的所述另一表面侧突出的所述一对突出片不同的高度，

所述传热管内的空间被所述平板部件在所述一表面侧与所述另一表面侧划分为不同的大小。

根据上述乱流形成用器具，由于将具有在平板部件的表背面侧突出高度不同的突出片的平板部件插入传热管内，因此平板部件被安置在偏离传热管的中心部的位置，高的突出片突出的一表面侧的传热管内的空间比低的突出片突出的另一表面侧的传热管内的空间大。

另一方面，一般而言，设置在热交换器内的传热管从热交换器的下方等的一个方向被燃烧器加热。因此，靠近燃烧器侧的管壁比远离燃烧器侧的管壁容易形成高温。其结果是，容易在靠近燃烧器侧和远离燃烧器侧产生传热管的膨胀差。

然而，根据上述乱流形成用器具，传热管内的空间被所述平板部件划分为在平板部件的一表面侧和另一表面侧不同的大小。因此，能够使在传热管内部的广阔空间流动的流体的速度比狭窄空间的速度慢。

并且，由于在广阔空间缓慢流动的流体的热交换率比在狭小空间快速流动的流体的热交换率低，因此若以广阔空间位于距离燃烧器较远侧的方式将上述乱流形成用器具插入传热管，则形成广阔空间的一表面侧的管壁的温度比传热管的内部空间被均等划分时的距离燃烧器较远侧的管壁的温度高。因此，距离燃烧器较近侧的管壁的温度与距离燃烧器较远侧的管壁的温度之差变小。由此，由于能够在降低传热管的膨胀差的同时，防止在距离燃烧器较远侧的传热管外表面的结露，因此能够防止耐久性降低。

优选的是，在上述乱流形成用器具中，

所述一对突出片以其前端部彼此交叉的方式倾斜。

根据上述乱流形成用器具，由于以彼此接近的方式倾斜的一对突出片的前端部彼此交叉，因此流体撞击该前端部的交叉部分。由此，能够更进一步在管壁侧产生乱流。

如上，根据本发明所涉及的轮流形成用具，由于以前端部彼此接近的方式从平板部件突出的一对突出片在平板部件的表背面侧交替形成，因此无论在传热管内流动的流体的流路方向如何，都能够增加乱流的发生机会。因此，流体能够顺利地流动到传热管内的管壁附近，并且能够促进流体的乱流化。由此，能够提高热交换器的热效率。

并且，由于即使流路方向不同，发生乱流的效果也不会发生变化，因此乱流形成用器具向传热管的插入方向并无限定。因此，当将乱流形成用器具插入传热管时，不必考虑在传热管内流动的流体的流路方向和乱流形成用器具的突出片的倾斜方向的一致。由此，能够提高操作性。

以上，参照实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不局限于此。本发明的结构或详细内容能够在本发明的范围内进行本领域技术人员可理解的各种变更。

Claims (4)

1.一种使在传热管内流动的流体产生乱流的乱流形成用器具，

该乱流形成用器具具有沿在所述传热管内流动的所述流体的流路方向延伸的平板部件，

所述平板部件具有在所述流路方向上以规定间隔形成的多个通孔和从各个通孔的上游侧边缘和下游侧边缘分别延伸的至少一对突出片，

所述一对突出片在所述各个通孔内并排，并且以其前端部彼此靠近的方式倾斜，

所述多个通孔中，从任意一个通孔的所述上游侧边缘和所述下游侧边缘分别延伸的所述一对突出片向所述平板部件的一表面侧突出，

从与所述一个通孔相邻的其他通孔的所述上游侧边缘和所述下游侧边缘分别延伸的所述一对突出片向所述平板部件的另一表面侧突出。

2.根据权利要求1所述的乱流形成用器具，其特征在于，

从所述一个通孔的所述下游侧边缘延伸的所述突出片与从在所述一个通孔的下游侧相邻的所述其他通孔的所述上游侧边缘延伸的所述突出片在所述流路方向上位于同一条线上。

3.根据权利要求1或2所述的乱流形成用器具，其特征在于，

向所述平板部件的所述一表面侧突出的所述一对突出片具有与向所述平板部件的所述另一表面侧突出的所述一对突出片不同的突出高度，

所述传热管内的空间被所述平板部件在所述一表面侧与所述另一表面侧划分为不同的大小。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的乱流形成用器具，其特征在于，

所述一对突出片以其前端部彼此交叉的方式倾斜。